千尋位置CORS-RTK在建筑基坑放樣中的應(yīng)用

董永祥

(安徽理工大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院,安徽 淮南 232001)

0 引 言

工程建筑物基坑放樣常規(guī)測(cè)量方法一般先用全站儀導(dǎo)線測(cè)量布設(shè)控制點(diǎn),然后在控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑物點(diǎn)位的放樣.但是由于導(dǎo)線測(cè)量受到控制點(diǎn)密度不足、測(cè)站間需要通視等問(wèn)題困擾[1],耗費(fèi)人力、時(shí)間和資金,隨著科技的進(jìn)步,人們就選擇了新方法解決這一問(wèn)題.

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的快速發(fā)展,GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)系統(tǒng)得到了迅速的推廣和應(yīng)用.CORS系統(tǒng)具有多基站、全天候連續(xù)運(yùn)行、效率高、精度高、不存在誤差積累、測(cè)站間無(wú)需通視等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、地形圖測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)量中[2-5].單基站CORS和多基站CORS系統(tǒng)均屬于CORS系統(tǒng),基于多基站CORS的網(wǎng)絡(luò)CORS-RTK已逐漸成為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位發(fā)展的主流[6-8].網(wǎng)絡(luò)CORS-RTK就是利用連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位基準(zhǔn)站的觀測(cè)信息,以GNSS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),建立差分信息解算模型,解算出高精度的差分?jǐn)?shù)據(jù),然后通過(guò)無(wú)線通信數(shù)據(jù)鏈將差分?jǐn)?shù)據(jù)分發(fā)給用戶.網(wǎng)絡(luò)CORS-RTK技術(shù)與單基站CORS相比,覆蓋范圍更廣、操作簡(jiǎn)單、一體化程度高,同時(shí)也彌補(bǔ)了以電臺(tái)為信號(hào)傳播方式的常規(guī)RTK的點(diǎn)位精度隨距離的增加而降低的不足,為建筑物點(diǎn)位放樣中已知點(diǎn)位分布差或太遠(yuǎn)的情況提出了解決之道[9-11].

千尋位置服務(wù)以高精度定位為目標(biāo),擁有自己的CORS站和位置服務(wù)系統(tǒng),其中的網(wǎng)絡(luò)CORS服務(wù)相對(duì)于省CORS系統(tǒng)服務(wù)除了擁有省CORS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),特別之處在于覆蓋范圍廣,通用全國(guó),通過(guò)北斗地基增強(qiáng)全國(guó)網(wǎng)的整合與建設(shè);它的網(wǎng)絡(luò)CORS只需一個(gè)賬號(hào),就可以在全國(guó)范圍內(nèi)使用;提供全天候不間斷的響應(yīng)服務(wù)[12].

在建筑物基坑放樣中,由于放樣區(qū)被圍墻遮擋,使用全站儀無(wú)法進(jìn)行測(cè)量,并且控制點(diǎn)位于路中央,架設(shè)基站影響交通,且對(duì)接收機(jī)有影響,針對(duì)上述情況,本文以淮南市XXX城三期工程為例,闡述用千尋位置服務(wù)中的網(wǎng)絡(luò)CORS+RTK的作業(yè)模式在基坑放樣中的應(yīng)用.

1 千尋網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)與原理

CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理中心、用戶、通信模塊四部分組成.基準(zhǔn)站包括GNSS接收機(jī)、避雷針、天線、電源;數(shù)據(jù)中心可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)播發(fā)控制,通信采用GPRS/CDMA數(shù)據(jù)傳輸.多基站CORS系統(tǒng)則是把多個(gè)固定基準(zhǔn)站連接起來(lái),接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心,經(jīng)處理中心處理獲得差分信息,通過(guò)移動(dòng)聯(lián)通的GPRS網(wǎng)絡(luò)或者CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)給流動(dòng)站用戶,用戶不需要架設(shè)基準(zhǔn)站,只要用流動(dòng)站接收機(jī),設(shè)置好IP地址和用戶名密碼即可進(jìn)行測(cè)量.千尋網(wǎng)絡(luò)CORS是多基站CORS系統(tǒng),通常采用虛擬參考站技術(shù),主要原理如圖1所示.

首先各基站將檢測(cè)到的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)中心,其次數(shù)據(jù)中心對(duì)接收機(jī)的信息進(jìn)行調(diào)整,建立誤差改正模型,然后各用戶將收到的初始信息傳送至數(shù)據(jù)中心,由數(shù)據(jù)中心在用戶的附近建設(shè)一個(gè)虛擬的參考站,數(shù)據(jù)中心對(duì)該虛擬參考站的信息進(jìn)行更改后的準(zhǔn)確信息傳送給用戶,最后由虛擬基準(zhǔn)站和移動(dòng)站組成的網(wǎng)絡(luò)RTK,利用虛擬參考站傳動(dòng)的信息進(jìn)行改正,獲得更為準(zhǔn)確的位置[10,12-17].

千尋位置是基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基礎(chǔ)定位數(shù)據(jù),利用全國(guó)1450個(gè)地基增強(qiáng)站及自主研發(fā)的定位算法,融合各類定位技術(shù),以互聯(lián)網(wǎng)的方式提供一周連續(xù)24小時(shí)高可用差分播發(fā)服務(wù),面向全國(guó)31省市范圍的各類終端和應(yīng)用系統(tǒng),提供動(dòng)態(tài)厘米級(jí)和靜態(tài)毫米級(jí)定位服務(wù)[12].

分別從戰(zhàn)略定位、服務(wù)范圍、坐標(biāo)基準(zhǔn)、運(yùn)維體系方面,千尋位置服務(wù)與CORS系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)比如表1所示.

千尋位置服務(wù)以CGCS2000為坐標(biāo)基準(zhǔn),全天候不間斷提供公共服務(wù),進(jìn)行全國(guó)范圍服務(wù);而國(guó)土局CORS系統(tǒng)也是以CGCS2000為坐標(biāo)基準(zhǔn),但是工作時(shí)間一周5天,每天8個(gè)小時(shí)提供所在省市的特殊需求服務(wù).

表1 千尋位置服務(wù)與國(guó)土局CORS系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)比

千尋位置服務(wù)與省市CORS系統(tǒng)服務(wù)精度對(duì)比為:采用千尋位置服務(wù)、湖北CORS、湖南CORS進(jìn)行測(cè)量檢核后的對(duì)比分析,表明千尋的CORS與省市CORS差值在厘米級(jí),可以滿足生產(chǎn)工程領(lǐng)域的精度要求[12].

2 千尋位置服務(wù)-RTK在基坑放樣中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本次基坑放樣地點(diǎn)位于淮南市某小區(qū),面積2 km2,測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦,地勢(shì)大體東南高,西北低.測(cè)區(qū)(如圖2)周圍有四個(gè)已知控制點(diǎn)(已知點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示),且四周有鐵皮圍墻,根據(jù)已有儀器設(shè)備,擬采用千尋CORS-RTK進(jìn)行建筑物基坑放樣,只需用RTK放樣出待放樣點(diǎn)的平面位置坐標(biāo)即可,高程選用水準(zhǔn)儀測(cè)量.

表2 已知點(diǎn)坐標(biāo)m

表注:出于單位信息保密考慮,坐標(biāo)前面數(shù)據(jù)用*代替.

2.2 RTK技術(shù)系統(tǒng)的外業(yè)放樣

本次作業(yè)在不知道當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下,使用 4個(gè)已知點(diǎn),進(jìn)行參數(shù)求解.完成相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之后才能進(jìn)行相應(yīng)的點(diǎn)位放樣工作.放樣流程圖如圖3所示.

儀器選用測(cè)i70兼容北斗的四系統(tǒng)的小型接收機(jī),配備專用SIM卡,初始化時(shí)間在5 s以內(nèi).手簿中的相關(guān)設(shè)置為PDOP值小于6,衛(wèi)星截止高度角大于10°,工作模式設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)CORS,坐標(biāo)參數(shù)系統(tǒng)選用西安80坐標(biāo)系,投影帶設(shè)置為東經(jīng)117°,3°一帶;投影選高斯投影.

在登錄好網(wǎng)絡(luò)CORS后,還要對(duì)其精度進(jìn)行測(cè)試,在測(cè)區(qū)范圍周圍選擇4個(gè)已知點(diǎn),使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量,將得到的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面坐標(biāo),然后利用四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型,將其轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo),并與已知點(diǎn)進(jìn)行比較,檢核結(jié)果如表3所示.

表3 精度檢核表

由表3可看出,平面點(diǎn)位中誤差最大值10.32 mm,最小值7.09 mm;控制起算點(diǎn)的精度完全符合《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》CJJTT73-2010平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位中誤差不大于20 mm的要求,滿足建筑物基坑放樣的精度要求[20].

2.3 點(diǎn)位放樣及精度分析

為了防止誤差超限,影響放樣的精度,每次放樣前都要進(jìn)行控制點(diǎn)的檢核.當(dāng)觀測(cè)條件不好、或精度超限時(shí)重新放樣該點(diǎn)位,流動(dòng)站作業(yè)人員在同一放樣點(diǎn)獨(dú)立觀測(cè)兩次,當(dāng)兩次觀測(cè)成果較差小于±3 cm,取第二次放樣點(diǎn)位置作為最終結(jié)果,才能最終定樁釘釘.本次作業(yè)一共放樣37個(gè)點(diǎn),放樣點(diǎn)的偏差統(tǒng)計(jì)如表4所示.

表4 放樣點(diǎn)偏差統(tǒng)計(jì)

表注:出于單位信息保密考慮,坐標(biāo)前面數(shù)據(jù)用*代替.

為了繪圖方便,按照放樣點(diǎn)順序?qū)Ⅻc(diǎn)位編號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái),點(diǎn)位中誤差分布如圖4～5所示.

由表4及圖4、圖5可看出，通過(guò)RTK測(cè)得37個(gè)放樣點(diǎn)平面坐標(biāo),97 %的點(diǎn)X方向中誤差在20

mm之內(nèi),100 %的Y方向中誤差在20 mm之內(nèi),比較集中穩(wěn)定.從圖5中可以看出點(diǎn)位中誤差小于20 mm的占95%,在20～40 mm占5%,經(jīng)計(jì)算,CORS-RTK方法的測(cè)量點(diǎn)位中誤差平均值為8 mm,均滿足國(guó)家《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》CJJTT73-2010要求的平面點(diǎn)位中誤差小于70 mm的精度要求,因此本次千尋位置RTK的基坑放樣厘米級(jí)定位應(yīng)用是成功的.

3 結(jié)束語(yǔ)

建筑物基坑放樣中采用CORS-RTK方法,千尋位置服務(wù)系統(tǒng),高效方便,效率提高了5倍左右,而且平面點(diǎn)位中誤差95%在2 cm以內(nèi),完全滿足國(guó)家《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》CJJTT73-2010的平面點(diǎn)位中誤差小于70 mm的要求,省時(shí)省力,節(jié)約成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益,具有明顯的實(shí)用價(jià)值.