淺析GPS-RTK技術(shù)在工程放樣中的應(yīng)用

錢 峰

成都建工第九建筑工程有限公司

1 引言

以往主要依靠全站儀、水準儀等儀器進行建筑施工現(xiàn)場放樣，但存在設(shè)備操作難度大、測量進度滯后、累計誤差大等問題，且對于測量人員的依賴性較高。通過引入GPS-RTK 技術(shù)進行場地測設(shè)，可適應(yīng)復(fù)雜地形與不同構(gòu)筑物模式下的工程測量要求，依托自動化作業(yè)模式實現(xiàn)多種測繪功能，有效提升作業(yè)精度與效率。

2 GPS-RTK設(shè)備的工作原理與應(yīng)用優(yōu)勢分析

2.1 基本工作原理

GPS 技術(shù)主要由衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)、用戶三個部分組成，具有全天候、實時性、精確度高等特征，用于提供定位服務(wù)。RTK技術(shù)是一種利用高精度載波相位觀測值的實時動態(tài)差分定位技術(shù)，包含位置差分、偽距差分、相位差分三種類型，由流動接收機接收來自基站發(fā)送的改正數(shù)據(jù)，并針對測量結(jié)果進行改正、獲取精確定位數(shù)據(jù)。由于改正數(shù)據(jù)、流動站運動速度均會影響到位置差分與偽距差分模式下接收處理數(shù)據(jù)的延時效果，導(dǎo)致定位數(shù)據(jù)精度下降，因此當(dāng)前普遍采用相位差分技術(shù)進行工程放樣測量。選取1臺GPS接收機設(shè)為基準站，將基站位置參數(shù)輸入系統(tǒng)中，同時選取1臺或多臺GPS設(shè)備設(shè)為流動站，由基準站、流動站共同接收GPS 衛(wèi)星信號，二者通過互發(fā)信息完成實時差分及平差處理，并將獲取到的流動站點位置數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)精度進行比較，生成最終測量結(jié)果。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

首先，采用GPS-RTK技術(shù)可有效提高定位精度與測量過程中的抗干擾能力，例如在地勢相對較高的場地進行測量放樣時，僅需設(shè)置1個操作站即可監(jiān)測到15km范圍內(nèi)的區(qū)域概況，有效降低測量難度、提高施工效率。其次，GPS-RTK設(shè)備在實際操作上較為便捷，通過設(shè)置基準站、流動站即可完成位置坐標的放樣測量，可在移動過程中實時獲取測量數(shù)據(jù)，并且借助與計算機等測量設(shè)備間的通信完成數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲與轉(zhuǎn)換。最后，RTK技術(shù)適用于多種測繪類型的內(nèi)、外業(yè)工作，依靠內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)與計算機接收外業(yè)數(shù)據(jù)即可使流動站獨立完成多項測繪工作，有效免去輔助測量工作、降低人為誤差，且自動化、集成化程度較高，可有效保障測繪精度、優(yōu)化測繪功能。

3 GPS-RTK技術(shù)在工程放樣中的具體應(yīng)用探討

3.1 工程概況

以四川省成都市中和污水處理廠二期項目為實例，該項目占地面積約180畝，單體建筑物共計三十余處，各單體建筑物之間間距大，所需設(shè)置的測點數(shù)量較多，工期較緊、對于測量結(jié)果精確度的要求較高。通過針對工程現(xiàn)場的實際情況進行觀察，倘若采用傳統(tǒng)全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀等儀器進行工程測量，其涉及到的儀器設(shè)備與支架重量較大、不易于攜帶，至少需2人以上配合完成測量工作，測量速度較慢、不便于現(xiàn)場操作；由于該工程土方挖填方量較大，對于土方測設(shè)的精度、可靠性要求較高；又因該項目涉及到的單體建筑數(shù)量較多，在測量過程中需反復(fù)轉(zhuǎn)點，易導(dǎo)致測量進度滯后、累計誤差增大。

通過將GPS-RTK 設(shè)備引入測繪內(nèi)外業(yè)中，僅需1 名測繪人員即可攜帶移動站進行作業(yè)，測點速度較快、測量天數(shù)可縮短5倍左右，并且將其應(yīng)用于大型工程土方測量中可快速繪制出土石方方格網(wǎng)圖，為現(xiàn)場施工創(chuàng)設(shè)了便捷條件。在GPS-RTK作業(yè)模式下，流動站借助內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)實現(xiàn)多種測繪功能，具備強大的自動化、集成化效果，可有效減少人工干預(yù)與輔助測量工作量、克服誤差累計問題，減小人為誤差、提高定位進度，有效提升測量工作的可靠性與測量效率。

3.2 放樣前準備工作

3.2.1 架設(shè)基準站

由于該工程涉及到30余棟單體建筑、測量點數(shù)量較多，因此需在放樣前構(gòu)建控制網(wǎng)，將控制網(wǎng)精度設(shè)置在5cm以下，選取施工現(xiàn)場視野開闊處設(shè)置基準站，將基準站天線高度角控制在5°-15°范圍內(nèi)，保障周圍無障礙物遮擋、便于跟蹤觀測衛(wèi)星，同時確保基準站周邊200m范圍內(nèi)無大功率無線電發(fā)射設(shè)備等干擾源，保障差分信號的傳輸質(zhì)量。在完成點位選定后架設(shè)基準站，啟動GPS 接收機，并配置好基準站的各項參數(shù)。通常每個流動站僅需安排1 名作業(yè)人員通過操作RTK 手簿進行具體測量作業(yè)，將GPS接收機、天線、測桿連接后，利用手簿開啟GPS接收機、完成流動站參數(shù)配置，隨后連接基站的無線電，并輸入流動站天線高。

3.2.2 GPS平面測量與基線解算

依據(jù)建筑工程測量要求設(shè)置復(fù)測的控制點，圍繞控制點完成控制網(wǎng)的構(gòu)建，隨后完成加密計算，結(jié)合選取的控制點架設(shè)基準站、構(gòu)建控制網(wǎng)，借此保障測量結(jié)果的準確度。在此基礎(chǔ)上，利用軟件進行數(shù)據(jù)處理與無約束平差計算，將獲取到的測量坐標與預(yù)先提供的坐標進行比較，完成7個轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算，將高程差計算結(jié)果換算為最低潮面基準函控制點比測，并且利用轉(zhuǎn)換參數(shù)與GPS數(shù)據(jù)進行比測，完成基準站的設(shè)計，將控制點坐標誤差控制在允許范圍之內(nèi)。

3.3 RTK放樣測量與質(zhì)量控制

采用GPS-RTK 設(shè)備進行工程放樣測量，需利用VB 程序計算出坐標放樣點，將坐標參數(shù)存儲后向已建立的坐標放樣RTK中輸入數(shù)據(jù)、完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，并且在放樣過程中需控制好放樣點與測量參數(shù)轉(zhuǎn)換，令移動站對中整平，配合平滑數(shù)據(jù)分析、測量尺寸等方式進行放樣誤差的檢測。為最大限度降低RTK測量誤差，可采用以下三種方法：其一是已知點檢核比較法，在構(gòu)建控制網(wǎng)環(huán)節(jié)采用靜態(tài)GPS 多測出一些控制點，隨即利用RTK設(shè)備檢測出控制點的坐標數(shù)值、完成比較檢核，保障及時修正誤差；其二是重測比較法，待完成初始化后選取1-2個已完成測試的RTK 點或精度較高的控制點進行復(fù)測，待保障測量結(jié)果準確后再進行RTK測量；其三是電臺變頻實時檢測法，需在測區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置至少2個基準站，各基準站以不同頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，利用變頻開關(guān)選擇流動站接收到的改正數(shù)據(jù)、生成2個以上解算結(jié)果，經(jīng)由比較后即可用于判斷檢測質(zhì)量。

3.4 RTK測量精度分析

在該工程中采用的GPS-RTK 儀器主機采用完全一體化結(jié)構(gòu)形式，主板與GSRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)模塊的靜態(tài)平面精度為3mm+1ppm、高程精度為5mm+1ppm，RTK定位平面精度為1cm+1ppm、高程精度為2cm+1ppm；儀器主要采用AUTOROVER自動選頻技術(shù)，UHF 接收天線置中，向上設(shè)置，用于保障電臺電線電磁中心與接收機雙頻天線電磁中心融合，增強抗干擾能力；配合工程之星、測圖之星、電力之星、導(dǎo)航之星等儀器提供特征點采集、點放樣、直線/曲線放樣、路線放樣等功能，并且可實現(xiàn)圖形化顯示與操作，滿足工程測量需求。以本工程為例，其檢測結(jié)果表明，GPS-RTK 儀器測量的點位誤差為0.3m～2.6cm、中誤差為2.01cm，高程誤差控制在0.7cm～3.4cm范圍內(nèi)、中誤差為2.44cm，測量結(jié)果的可靠性較強、精度較高，同時其操作便捷度較高，僅需利用基站與衛(wèi)星完成信號傳輸，利用本地坐標進行坐標采集與放樣，有助于縮短前期準備時長、加快整體工程進度，可有效滿足建筑工程測繪需求。

4 結(jié)語

GPS-RTK 是一種適用于多種工程類型的信息化儀器，通過基站與衛(wèi)星的信號傳輸，利用本地坐標完成坐標采集與放樣，對于工程測量具有較強的實用價值。將其引入建筑工程施工現(xiàn)場進行測量放樣，能夠有效保障工程進度、縮短工期，且易于操作、測量結(jié)果精度較高，為大型建筑工程的現(xiàn)場施工提供了重要保障。