RTK測(cè)量系統(tǒng)在城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用

1 概述

RTK(Real Time Kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))技術(shù)

是一種測(cè)繪技術(shù)，集成了衛(wèi)星定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，能夠?yàn)橛脩籼峁└呔榷ㄎ环?wù)。目前，RTK技術(shù)已在油氣管網(wǎng)可行性研究、設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)全生命周期的各個(gè)階段得到初步應(yīng)用，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文以RTK技術(shù)原理為出發(fā)點(diǎn)，探索RTK技術(shù)與城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)字化建設(shè)的結(jié)合點(diǎn)，并給出了RTK測(cè)量技術(shù)在管道完整性管理中的應(yīng)用案例。

其次是構(gòu)筑新平臺(tái)，建設(shè)南京和平交流中心。積極參與國(guó)際和平事務(wù)，充分發(fā)揮南京在“國(guó)際和平城市”協(xié)會(huì)中的應(yīng)有作用。與聯(lián)合國(guó)教科文組織合作，舉辦和平學(xué)國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)、國(guó)際和平城市市長(zhǎng)論壇、國(guó)際青年和平論壇、國(guó)際和平大會(huì)等，積極參與國(guó)際和平活動(dòng)。每年參加、組織國(guó)內(nèi)外和平交流或?qū)W術(shù)研討活動(dòng)3-5次。加入國(guó)際和平城市聯(lián)盟。積極申請(qǐng)聯(lián)合國(guó)教科文組織和平城市獎(jiǎng)。探索設(shè)立南京和平獎(jiǎng)項(xiàng)目。每年策劃重大紀(jì)念日紀(jì)念活動(dòng)，組織和參與國(guó)際性紀(jì)念活動(dòng)等。大力開(kāi)展民間和平交流活動(dòng)。成立南京民間和平組織，舉辦和平使者選拔活動(dòng)，組建一批國(guó)際和平志愿者隊(duì)伍，為南京國(guó)際和平城市建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

蠶豆喜肥，是一種需肥較多的作物，需要吸收較多的氮、磷、鉀、鈣等營(yíng)養(yǎng)元素，來(lái)滿足其生長(zhǎng)發(fā)育的需要。不同生長(zhǎng)期所需肥料也各有不同，一般每生產(chǎn)100kg籽粒，大約需要吸收氮6.4kg，五氧化二磷2.0kg，氧化鉀5.0kg。適時(shí)適量的施肥追肥，是保證蠶豆產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵措施之一。蠶豆根瘤具有較好的固氮性，

2 RTK技術(shù)原理[4-10]

① RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

此類(lèi)悲劇，已發(fā)生多起。2004年12月27日，13歲的少年張瀟藝從家中24層的樓飛身躍下。跳樓之前，連續(xù)上網(wǎng)36小時(shí)玩游戲。

② RTK技術(shù)原理

衛(wèi)星定位技術(shù)依據(jù)定位方式不同分為偽距法和載波相位觀測(cè)法。偽距法定位是指根據(jù)衛(wèi)星接收機(jī)在某一時(shí)刻獲得的至少4顆衛(wèi)星的偽距及已知的衛(wèi)星坐標(biāo)等參數(shù)，采用空間距離交匯的方法，求得接收機(jī)天線相位中心在既定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。這里的空間距離指的是衛(wèi)星到接收機(jī)天線相位中心的距離，其值等于測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間乘光速。載波相位觀測(cè)法定位，首先需要建立載波相位觀測(cè)方程，然后利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)使其線性化，最后通過(guò)多次迭代解線性方程組的方式計(jì)算出觀測(cè)點(diǎn)的精確坐標(biāo)。

RTK技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：a.定位精度高，RTK測(cè)量系統(tǒng)的平面和高程定位精度可達(dá)到cm級(jí)，而普通單點(diǎn)定位精度在10 m左右

。b.作業(yè)條件寬泛，無(wú)須滿足兩點(diǎn)間通視，只需滿足電磁波通視。c.無(wú)誤差累積效應(yīng)。d.作業(yè)效率高。RTK測(cè)量系統(tǒng)可一次完成方圓10 km左右作業(yè)區(qū)的測(cè)繪。e.操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。流動(dòng)站在移動(dòng)過(guò)程中即可完成測(cè)繪工作，數(shù)據(jù)交互能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)和其他測(cè)量?jī)x器通信。

這源于諸多原因，而主要原因是商用多端口交換機(jī)常用的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)策略和不可能預(yù)留帶寬的事實(shí)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)意味著交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)之前要收到完整的數(shù)據(jù)報(bào)文。這在交換機(jī)處理方面具有優(yōu)勢(shì)，但也帶來(lái)了潛在問(wèn)題，會(huì)對(duì)延遲和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響，第一，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)過(guò)交換機(jī)時(shí)，會(huì)按照其長(zhǎng)度生成一定的延遲，如果多個(gè)交換機(jī)級(jí)聯(lián)，延遲影響會(huì)被放大。第二，由于交換機(jī)的存儲(chǔ)容量不是無(wú)限的，如果網(wǎng)絡(luò)使用過(guò)度（流量過(guò)多），它可能拒絕數(shù)據(jù)報(bào)文，這意味著可能會(huì)丟失數(shù)據(jù)報(bào)文（甚至那些優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)報(bào)文）。第三，長(zhǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)長(zhǎng)時(shí)間堵塞端口。

卡車(chē)司機(jī)群體規(guī)模龐大且年齡段分布較廣，主要原因是卡車(chē)司機(jī)是眾多職業(yè)中收入較高但門(mén)檻相對(duì)較低的。相對(duì)于其它行業(yè)，卡車(chē)司機(jī)這一職業(yè)雖然較為辛苦，但是收入水平相對(duì)較高。收入在5000～10000元區(qū)間的卡車(chē)司機(jī)占比達(dá)50%以上。雖然準(zhǔn)入門(mén)檻相對(duì)較低，對(duì)學(xué)歷要求不高，但還是不斷有大學(xué)生涌入新物流行業(yè)。

在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)測(cè)繪的作業(yè)區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)建設(shè)了若干基準(zhǔn)站。已知基準(zhǔn)站在某一坐標(biāo)系下(如國(guó)家CGCS2000坐標(biāo)系)的準(zhǔn)確坐標(biāo)(一般mm級(jí))。基準(zhǔn)站對(duì)GNSS衛(wèi)星(包括北斗、GPS、GLONASS和Calileo衛(wèi)星)進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，接收GNSS衛(wèi)星播發(fā)的觀測(cè)數(shù)據(jù)(偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值、廣播星歷數(shù)據(jù))。然后基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈(如4G網(wǎng)絡(luò))將偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值以及基準(zhǔn)站準(zhǔn)確坐標(biāo)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。

利用RTK測(cè)量系統(tǒng)定位精度高的特點(diǎn)將其用于對(duì)沉降變形、地質(zhì)位移等災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，以達(dá)到提前預(yù)警、減少損失的目的。

流動(dòng)站得到初始坐標(biāo)后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(如4G網(wǎng)絡(luò))將初始坐標(biāo)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)流動(dòng)站初始坐標(biāo)，選擇距離流動(dòng)站較近(15 km以內(nèi))的基準(zhǔn)站作為本次作業(yè)的基準(zhǔn)站，將此基準(zhǔn)站稱(chēng)為選定基準(zhǔn)站。數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)數(shù)據(jù)鏈(如4G網(wǎng)絡(luò))，按照流動(dòng)站固有的用戶名及ID號(hào)，將差分?jǐn)?shù)據(jù)(選定基準(zhǔn)站接收的偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值以及選定基準(zhǔn)站的準(zhǔn)確坐標(biāo))立即反饋給流動(dòng)站。

針對(duì)不合理信念的調(diào)查，本研究采用王玉（2009）[6]編制的大學(xué)生不合理信念問(wèn)卷，共包括4個(gè)因子：絕對(duì)化要求、糟糕至極、概括化評(píng)價(jià)和低挫折忍耐；針對(duì)專(zhuān)業(yè)滿意度的調(diào)查，本研究采用柳會(huì)（2014）[7]編制的專(zhuān)業(yè)滿意度調(diào)查問(wèn)卷，均采用Likert五級(jí)尺度。

流動(dòng)站根據(jù)差分?jǐn)?shù)據(jù)和自身同步接收的GNSS衛(wèi)星播發(fā)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用文獻(xiàn)[16]

方法，解算得到流動(dòng)站位置(cm級(jí)定位結(jié)果)。

b.管道防腐層質(zhì)量評(píng)價(jià)

3 RTK測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用

① 在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)字化中的應(yīng)用

城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)模龐大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，新舊燃?xì)夤艿啦⒋?，各?jí)管道在地上、地下縱橫交織，測(cè)繪普查工作困難，嚴(yán)重阻礙了燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)字化進(jìn)程。在全國(guó)中等及以上城市的管網(wǎng)中，老舊燃?xì)夤艿酪琅f占有較大比重，其日常監(jiān)管工作歷來(lái)是燃?xì)鈽I(yè)務(wù)的痛點(diǎn)之一。全國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)年新增里程隨我國(guó)城市化進(jìn)程加快逐年迅速遞增，新增城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)在規(guī)劃、建設(shè)、監(jiān)督全流程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了數(shù)字化管理，為老舊城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的監(jiān)管提供了新的思路和方法。

RTK測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景如下

。

通過(guò)研究俄羅斯秋明Сг—6井下套管技術(shù)我們不難發(fā)現(xiàn)，要想取得超深井大尺寸套管一次性下套管成功，需要做到以下三點(diǎn)：第一，良好的井眼準(zhǔn)備是最重要的前提條件。第二，為了應(yīng)對(duì)大噸位的套管下入，應(yīng)采用足夠安全的鉆井設(shè)備和套管下入工具。第三，嚴(yán)格制定下套管操作規(guī)程，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧瑖?yán)防套管遇阻及其他事故的發(fā)生。

a.在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)時(shí)期，利用RTK測(cè)量系統(tǒng)采集管道及其沿線基礎(chǔ)設(shè)施坐標(biāo)，錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為將來(lái)運(yùn)維的依據(jù)；在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，借助于GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的地理空間分析能力，實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的網(wǎng)格化、數(shù)字化管理，做到精準(zhǔn)運(yùn)維。

b.對(duì)老舊管網(wǎng)進(jìn)行普查測(cè)繪。RTK測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合管線探測(cè)儀等設(shè)備，繪制老舊管道分布圖，并將此信息錄入GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)老舊管道管理的數(shù)字化。

c.利用RTK測(cè)量系統(tǒng)精確定位的特點(diǎn)指導(dǎo)管道施工建設(shè)。在管道施工中測(cè)量加密控制點(diǎn)的坐標(biāo)；在進(jìn)行放樣作業(yè)時(shí)，RTK電子手簿中軟件的放樣功能，可以用來(lái)指導(dǎo)點(diǎn)、直線和曲線的放樣作業(yè)

；可以測(cè)量地形碎部點(diǎn)坐標(biāo)，繪制精確地形地貌圖；可以利用RTK測(cè)量系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行土方工程量的計(jì)算

。

② 在管道完整性管理中的應(yīng)用

管道及其沿線基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)采集是管道完整性管理中的重要方面，數(shù)據(jù)采集伴隨管道完整性管理的整個(gè)過(guò)程：前期規(guī)劃、中期建設(shè)、后期運(yùn)維。RTK測(cè)量系統(tǒng)

在管道完整性管理中的應(yīng)用包括以下3方面。

數(shù)據(jù)處理中心從流動(dòng)站發(fā)送初始坐標(biāo)開(kāi)始，以一定頻率發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)，直到流動(dòng)站作業(yè)結(jié)束，流動(dòng)站退出服務(wù)，數(shù)據(jù)處理中心停止發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)。

a.地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

RTK作業(yè)時(shí)，流動(dòng)站通過(guò)GNSS定位接收機(jī)接收GNSS衛(wèi)星播發(fā)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值、廣播星歷數(shù)據(jù)。流動(dòng)站首先利用廣播星歷數(shù)據(jù)應(yīng)用文獻(xiàn)[16]

的方法，計(jì)算出所有觀測(cè)到的衛(wèi)星的坐標(biāo)，再利用偽距觀測(cè)值及計(jì)算得到的衛(wèi)星坐標(biāo)，根據(jù)文獻(xiàn)[16]

的方法，計(jì)算得到流動(dòng)站普通單點(diǎn)定位坐標(biāo)，作為初始坐標(biāo)，定位精度5～10 m。

RTK-SLAM技術(shù)為解決上述問(wèn)題提供了新思路。同步定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)技術(shù)

是載體自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高精度定位與建圖。 SLAM系統(tǒng)

采用相對(duì)定位策略，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)會(huì)產(chǎn)生誤差累積，通過(guò)將RTK測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得到的坐標(biāo)融合到SLAM系統(tǒng)的辦法能夠解決該問(wèn)題。

流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?？稍诠潭c(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成動(dòng)態(tài)定位

。

首先利用RTK測(cè)量系統(tǒng)配合DM管道防腐層檢測(cè)儀

或PCM+管道防腐層檢測(cè)儀

進(jìn)行非開(kāi)挖檢測(cè)，以確定防腐層破損點(diǎn)的位置，然后根據(jù)電流衰減數(shù)據(jù)和DM防腐層檢測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

對(duì)防腐層質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)Excel生成 KML格式的文件疊加在衛(wèi)星影像圖上，利用GIS信息管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。通過(guò)影像圖可以復(fù)現(xiàn)管道走向、破損點(diǎn)分布及管道附屬設(shè)施分布，進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)別統(tǒng)計(jì)，篩選顯示破損點(diǎn)數(shù)量。后期需要開(kāi)挖時(shí)，只需要將開(kāi)挖點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入RTK測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行坐標(biāo)放樣作業(yè)，根據(jù)提示就能找到開(kāi)挖點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

c.定位管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備位置

在進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)時(shí)，利用RTK測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合管道電子標(biāo)識(shí)器

，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的精確位置。

③ 基于RTK-SLAM技術(shù)采集城鎮(zhèn)燃?xì)饧芸展艿罃?shù)據(jù)

在進(jìn)行城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罍y(cè)量作業(yè)時(shí)，RTK數(shù)據(jù)鏈易受高大建筑物和高頻信號(hào)源干擾，導(dǎo)致信號(hào)衰減幅度大，影響作業(yè)精度和半徑。在高樓密集區(qū)，GPS信號(hào)容易被遮擋。電離層的電磁環(huán)境可能導(dǎo)致GPS接收機(jī)初始化時(shí)間延長(zhǎng)。

（4）可以認(rèn)定為光鏈路節(jié)點(diǎn)連接錯(cuò)誤，需要詳細(xì)排查，查出連接錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)并將其調(diào)換正確。然后流程轉(zhuǎn)入第（1）步。

式中：為是每個(gè)農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊質(zhì)心與其最鄰近斑塊質(zhì)心的觀測(cè)平均距離；為隨機(jī)分布模下斑塊質(zhì)心的期望平均距離；n為斑塊總數(shù)；d為距離；A為研究區(qū)面積；如果ANN<1，則農(nóng)村居民點(diǎn)為集聚分布；反之，則趨向于隨機(jī)分布。

在中國(guó)革命、建設(shè)和改革的歷史進(jìn)程中，馬克思主義中國(guó)化實(shí)現(xiàn)了兩次歷史性飛躍。每一次的歷史飛躍都是依據(jù)當(dāng)時(shí)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況，將中國(guó)實(shí)際與馬克思主義相結(jié)合，是在對(duì)特定時(shí)代的中國(guó)社會(huì)主義發(fā)展道路不斷摸索與探索中形成的，是紅色文化的經(jīng)典理論。在新時(shí)代的今天，黨的十八大提出了社會(huì)主義核心價(jià)值觀的理論，社會(huì)主義核心價(jià)值觀更專(zhuān)注于社會(huì)發(fā)展、國(guó)民素質(zhì)發(fā)展、致力于效率與公平之間的矛盾消解，這也是中國(guó)共產(chǎn)黨用馬克思主義思想根據(jù)中國(guó)實(shí)際所提出的國(guó)家政策，因此，從本質(zhì)上看與紅色文化是一致的。

架空管道數(shù)字化測(cè)量作業(yè)內(nèi)容包括：管道坐標(biāo)測(cè)繪與成圖；管道坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)、線表的編輯及系統(tǒng)錄入；管道周?chē)L(fēng)險(xiǎn)識(shí)別檢查。RTK-SLAM技術(shù)采集得到的激光點(diǎn)云成像數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)圖1，可以看出，利用RTK-SLAM 技術(shù)，可以獲得高精度架空管道的位置信息。通過(guò)軟件點(diǎn)選任意點(diǎn)，可顯示該點(diǎn)cm級(jí)高精度坐標(biāo)。

激光點(diǎn)云成像數(shù)據(jù)可全面顯示被測(cè)管道及周?chē)h(huán)境的實(shí)際信息，任意一點(diǎn)可測(cè)量，并具有真實(shí)坐標(biāo)，可針對(duì)燃?xì)夤艿廊?、彎頭等特征點(diǎn)利用特征集工具進(jìn)行編輯、分類(lèi)，為管道數(shù)字化提供cm級(jí)測(cè)繪成果。RTK-SLAM技術(shù)激光點(diǎn)云成像數(shù)據(jù)特征提取見(jiàn)圖2(圖中綠線表示提取的管道)。

④ RTK測(cè)量系統(tǒng)不足和解決方法

RTK測(cè)量系統(tǒng)的主要誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差來(lái)源包括：電離層折射、數(shù)據(jù)鏈隨機(jī)誤差、GPS接收機(jī)天線相位中心位置隨機(jī)波動(dòng)。

受地形、地貌的影響，地面基準(zhǔn)站或移動(dòng)站可能接收不到衛(wèi)星信號(hào)。在山區(qū)，由于相對(duì)高程差較大，衛(wèi)星信號(hào)可能長(zhǎng)時(shí)間處于被屏蔽狀態(tài)，導(dǎo)致每天可用作業(yè)時(shí)間減少。衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量受大氣電離層電磁環(huán)境影響較大。適當(dāng)選擇作業(yè)時(shí)間可在一定程度上減少電離層對(duì)RTK測(cè)量系統(tǒng)的影響

。

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)茈姶怒h(huán)境干擾和地形影響較大，作業(yè)半徑超過(guò)一定距離，會(huì)產(chǎn)生誤差超限問(wèn)題。通過(guò)在測(cè)區(qū)中央最高點(diǎn)布設(shè)基準(zhǔn)站，以及在環(huán)境不良地段增設(shè)控制點(diǎn)的辦法可以有效延長(zhǎng)測(cè)量半徑。

從衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取的是接收機(jī)天線相位中心坐標(biāo)。理論上，接收機(jī)天線相位中心與其幾何中心重合。工程實(shí)踐中天線的相位中心受輸入信號(hào)頻率、方位角、高度角的影響而變化，導(dǎo)致相位中心偏離其幾何中心。因此為了保證定位精度，必須進(jìn)行天線校正。

影響RTK測(cè)量系統(tǒng)定位精度的因素是多方面的，綜合考慮各部分因素，按規(guī)程操作，適時(shí)多次測(cè)量。

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