RTK技術(shù)在玉樹(shù)災(zāi)后重建中的應(yīng)用

索瑩瑩

（遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 100015）

2010年4月14日晨，青海省玉樹(shù)藏族自治州發(fā)生里氏7.1級(jí)強(qiáng)烈地震，強(qiáng)震給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。在國(guó)家建設(shè)部和青海省建設(shè)廳關(guān)于災(zāi)后重建的會(huì)議精神指導(dǎo)下，遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院于2010年5月底正式接受了巴塘鄉(xiāng)所轄七個(gè)村的地形測(cè)圖任務(wù)。并于2011年4月初~ 2012年8月對(duì)巴塘鄉(xiāng)的公建及民房進(jìn)行了放線。

1 巴塘鄉(xiāng)概況及重建坐標(biāo)系的選擇

巴塘鄉(xiāng)位于青海省玉樹(shù)藏族自治州玉樹(shù)縣東南部，（縣域?yàn)镹32°30" - N33°00" ，E97°1" - E97°30" ）。全鄉(xiāng)人口僅有九千人，居民中藏族的比例占到總?cè)丝诘?9.7%。巴塘鄉(xiāng)總面積2108km2，巴塘鄉(xiāng)下轄7個(gè)村（鐵力角、上巴塘、下巴塘、相古、岔萊、當(dāng)托、老葉）。由于青藏高原獨(dú)特的地理?xiàng)l件，氣候惡劣、地形復(fù)雜、人煙稀少、交通不便，整個(gè)青藏高原地區(qū)的控制網(wǎng)都沒(méi)能向中東部地區(qū)那樣布設(shè)三角網(wǎng)，而是因地制宜地沿交通干線布設(shè)一等導(dǎo)線，這就導(dǎo)致圖形強(qiáng)度差，控制精度低，部分地區(qū)缺少甚至沒(méi)有等級(jí)控制點(diǎn)，在援建這種特殊時(shí)期，工期緊、任務(wù)重，如果采用常規(guī)方法，先控制再碎步的程序勢(shì)必影響災(zāi)后重建的進(jìn)度。但是RTK測(cè)量需要有一個(gè)固定的坐標(biāo)系，這樣才能保證在以后的工作中做到成果的一致，也能保證前期的測(cè)量成果利于后期的施工放線，而RTK可以在小面積內(nèi)采用獨(dú)立坐標(biāo)系避免投影變形，這樣就能發(fā)揮GPS-RTK的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。在巴塘鄉(xiāng)測(cè)量我們采用的是合眾思?jí)训囊诇y(cè)E650雙頻GPS接收機(jī)，在每次作業(yè)前我們先進(jìn)行獨(dú)立坐標(biāo)系的設(shè)置，橢球的長(zhǎng)半徑和扁率都和1980西安坐標(biāo)系保持一致，這樣就盡量減少了成果轉(zhuǎn)換階段的誤差，待儀器出現(xiàn)固定解后，采用RTK獲取埋石點(diǎn)投影坐標(biāo)，然后再采集當(dāng)前點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系中的經(jīng)緯度，獲取共同點(diǎn)的兩套坐標(biāo)后，就可以采用四參數(shù)法求出轉(zhuǎn)換參數(shù)，此階段同時(shí)完成了RTK的點(diǎn)校正，校正完畢之后就可以進(jìn)行碎步點(diǎn)測(cè)量。此時(shí)所采集的坐標(biāo)就是巴塘鄉(xiāng)獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，巴塘鄉(xiāng)每個(gè)村、社面積都未超過(guò)1km2，甚至相古村的卡沙社、龍葉社面積還不到0.1km2，在如此小的面積內(nèi)采用投影于96°的1980西安坐標(biāo)系下的獨(dú)立坐標(biāo)系是可行的。由于測(cè)區(qū)附近無(wú)等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，無(wú)法和國(guó)家高程系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，在每個(gè)村社測(cè)量時(shí)我們也采用了獨(dú)立高程系統(tǒng)，測(cè)量前在測(cè)區(qū)都布設(shè)了數(shù)量不等的圖根點(diǎn)，圖根點(diǎn)的平面投影坐標(biāo)由RTK直接獲得，圖根點(diǎn)高程采用一個(gè)點(diǎn)由RTK直接獲取，其余圖根點(diǎn)采用四等水準(zhǔn)測(cè)量求取待定點(diǎn)高程的方法。

2 利用RTK技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

以前經(jīng)常用的地形測(cè)圖方法有大平板儀法、全站儀法等，但應(yīng)用這兩種方法實(shí)施地形測(cè)量，一個(gè)小組至少需要三個(gè)人，即一名觀測(cè)員、一名立尺員、一名畫(huà)草圖員。而RTK技術(shù)采用實(shí)時(shí)解算載波相位觀測(cè)的差分方法，是一種高精度的定位方法。巴塘鄉(xiāng)由于地處青藏高原腹地，基礎(chǔ)設(shè)施落后，測(cè)量中無(wú)法采用連續(xù)運(yùn)行參考站，單基站模式采用網(wǎng)絡(luò)模式作業(yè)也在不多的村子能夠?qū)崿F(xiàn)，測(cè)量中多采用的還是基準(zhǔn)站接收機(jī)通過(guò)內(nèi)置電臺(tái)實(shí)時(shí)地把相對(duì)定位數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳輸給各個(gè)作業(yè)的終端，流動(dòng)站接收機(jī)設(shè)置好作業(yè)項(xiàng)目和坐標(biāo)系后，就可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)置并啟動(dòng)鏈路，流動(dòng)站不僅通過(guò)彼此的數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站內(nèi)置電臺(tái)發(fā)射的數(shù)據(jù)，同時(shí)流動(dòng)站也采集自己的定位數(shù)據(jù)，此時(shí)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站就組成了一組差分觀測(cè)值，在后處理模塊內(nèi)迅速確定整周解，在PDOP值小于6的約束下，RTK系統(tǒng)同時(shí)接收4顆或者5顆以上在軌衛(wèi)星偽距差分信號(hào)后，經(jīng)過(guò)自帶作業(yè)程序的投影改正后，就能實(shí)時(shí)地解算出碎步點(diǎn)坐標(biāo)，此項(xiàng)數(shù)據(jù)采集的精度可達(dá)到厘米級(jí)，滿足《城市測(cè)量規(guī)范》中1：500地形圖中地物點(diǎn)位中誤差不大于圖上0.5mm,即實(shí)地不大于0.25m的精度要求。而E650基準(zhǔn)站接收機(jī)可以做到開(kāi)機(jī)即架設(shè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站架設(shè)時(shí)間短、方法簡(jiǎn)單也在一定程度上提高了作業(yè)效率。在基準(zhǔn)站電臺(tái)指示燈發(fā)出通訊信號(hào)后，此刻，載波相位觀測(cè)值就通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳給流動(dòng)站，基準(zhǔn)站提供的差分?jǐn)?shù)據(jù)供數(shù)個(gè)流動(dòng)站使用后，在后處理程序中就完成了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集了。流動(dòng)站創(chuàng)建好相應(yīng)的項(xiàng)目并解算出作業(yè)區(qū)域內(nèi)的參數(shù)完成點(diǎn)校正后，在接收到了數(shù)據(jù)電臺(tái)發(fā)射過(guò)來(lái)的差分改正數(shù)和載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)流動(dòng)站的接收機(jī)只要接收到4顆以上的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，測(cè)量員就可在短時(shí)間內(nèi)獲取所要測(cè)得碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

采用RTK測(cè)圖不光可以節(jié)省人力，而且其自帶的一系列功能也能為地形測(cè)圖起到事半功倍的作用。常規(guī)的全野外測(cè)圖需要在測(cè)量的時(shí)候記錄所測(cè)碎部點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)，并現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)好地形草圖，以便內(nèi)業(yè)成圖使用。這樣不僅費(fèi)時(shí)，而且通常要二人配合工作。但RTK測(cè)量時(shí)手簿不僅可以做到點(diǎn)號(hào)自動(dòng)累加，還可以用代碼實(shí)時(shí)編輯測(cè)點(diǎn)的屬性，這樣就可省去現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)草圖的工作，既節(jié)省了人力也方便成圖。況且RTK還有放樣直線的功能，我們編輯好要測(cè)圖的范圍輸入到手簿中，就可在實(shí)地測(cè)量時(shí)保證我們所測(cè)的點(diǎn)在要測(cè)的范圍內(nèi)。

白天采集完外業(yè)所需要的數(shù)據(jù)后，晚上要及時(shí)將所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，把RTK的測(cè)量文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入到地形成圖軟件南方那個(gè)CASS9.0中，根據(jù)野外測(cè)量時(shí)編輯的代碼，人機(jī)交互編輯就可連接成圖。對(duì)于圖形中一些不合理的地方也要進(jìn)行編輯，保證圖形的合理美觀。

3 利用RTK放線的優(yōu)勢(shì)

巴塘鄉(xiāng)災(zāi)后重建優(yōu)先考慮農(nóng)牧民的衣食住行，關(guān)系民生的項(xiàng)目都是第一批開(kāi)工。其中學(xué)校、衛(wèi)生院、農(nóng)牧業(yè)服務(wù)中心、客運(yùn)站已經(jīng)建成，等驗(yàn)收合格便可投入使用。2012年作為巴塘鄉(xiāng)災(zāi)后重建“三年任務(wù)，兩年完成”的決勝年，在各項(xiàng)公建和民房都完成施工后，迎來(lái)了最后一個(gè)豐富牧民休閑文化的項(xiàng)目——遼安廣場(chǎng)。

遼安廣場(chǎng)是遼寧省對(duì)口支援玉樹(shù)巴塘鄉(xiāng)恢復(fù)重建的最后一個(gè)公建項(xiàng)目，項(xiàng)目資金由四川省安縣紅十字會(huì)出資，委托遼寧省紅十字會(huì)建設(shè)。廣場(chǎng)設(shè)計(jì)風(fēng)格為古典與現(xiàn)代結(jié)合，傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技互相滲透，廣場(chǎng)的建成將為巴塘鄉(xiāng)的居民營(yíng)造出一個(gè)獨(dú)特的休閑地。廣場(chǎng)的地面鋪裝造型為一個(gè)放大的白海螺，白海螺在藏族傳統(tǒng)文化中表示運(yùn)吉祥，同時(shí)寄托著藏族人民對(duì)美好生活的向往。遼安廣場(chǎng)的白海螺造型具體體現(xiàn)在24條獨(dú)立的縱向曲線以及一條完整的螺旋線。要保證海螺紋在實(shí)地能體現(xiàn)出和設(shè)計(jì)一樣精美的效果，就必須保證在實(shí)地正確地標(biāo)定出海螺紋的位置，由于曲線放線實(shí)際也是直線放線的一種，例如鐵路曲線放線，實(shí)際就是每20m放樣一段直線，這樣就能放出曲線段，在遼安廣場(chǎng)，我們采用每2m放樣一個(gè)直線段，最后就能組合成完整的海螺曲線，采用這種方法放樣的點(diǎn)位也達(dá)到了近700個(gè)。

常用的放樣方法有極坐標(biāo)放樣法、經(jīng)緯儀撥角法、RTK直接放樣等。采用全站儀放樣雖然也能滿足設(shè)計(jì)要求，但是在施工現(xiàn)場(chǎng)需要一定數(shù)量的圖根點(diǎn)作為已知點(diǎn)使用，況且施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地通視條件差，全站儀放樣需要至少兩名作業(yè)員同時(shí)配合，況且放樣過(guò)程中需要通過(guò)對(duì)講機(jī)來(lái)不斷糾正點(diǎn)位誤差，作業(yè)效率不高。經(jīng)緯儀撥角同樣不適合這種密集的點(diǎn)位放樣。 針對(duì)巴塘鄉(xiāng)的具體情況和施工現(xiàn)場(chǎng)的提點(diǎn)，我們采用RTK法放樣，不僅能滿足設(shè)計(jì)要求、作業(yè)效率快也能滿足施工進(jìn)度。遼安廣場(chǎng)施工過(guò)程中需要放樣的點(diǎn)位密集，如果現(xiàn)場(chǎng)逐一輸入放樣點(diǎn)位坐標(biāo)，勢(shì)必影響放樣進(jìn)度，RTK手簿中可以批量導(dǎo)入放樣點(diǎn)坐標(biāo)，在每次放樣前我們可在南方CASS9.0中利用指定點(diǎn)生成數(shù)據(jù)文件功能，將需要放樣的每條海螺線設(shè)計(jì)點(diǎn)做成一個(gè)放樣文件。放樣文件的格式為pne,和南方導(dǎo)出數(shù)據(jù)的DAT數(shù)據(jù)文件格式不一致，導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)要格外注意不同文件的命名。

我們把放樣所需的PNE文件做好之后，用數(shù)據(jù)線把文件導(dǎo)入易測(cè)E650手簿的測(cè)量項(xiàng)目中，實(shí)地需要放樣哪條海螺線，調(diào)用相應(yīng)的文件即可，在放點(diǎn)時(shí)點(diǎn)放樣功能可任意地調(diào)用每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)RTK的提示，不斷修正站立點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)的差值就能標(biāo)定準(zhǔn)確每一條海螺線上的點(diǎn)。此時(shí)就實(shí)現(xiàn)了RTK放樣的內(nèi)外業(yè)一體化。

4 應(yīng)用RTK技術(shù)測(cè)量的精度分析

利用RTK進(jìn)行測(cè)量后，為檢驗(yàn)其精度，我們采用實(shí)地解析量距的方法檢查部分所測(cè)碎部點(diǎn)和放樣點(diǎn)的精度，還用全站儀檢測(cè)了部分坐標(biāo)點(diǎn)的差值大小。其精度分析見(jiàn)表1和表2。

表1 量距精度分析

表2 打點(diǎn)精度分析

5 結(jié)語(yǔ)

RTK技術(shù)測(cè)量地形圖不僅精度高，而且速度快，并且不受通視條件的影響。正常情況下，一臺(tái)流動(dòng)站可以采集1000個(gè)碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。相當(dāng)于一臺(tái)全站儀兩天的工作量，而且是一個(gè)人完成的。采用RTK法放樣不僅精度高，而且是實(shí)時(shí)無(wú)需事后處理。利用此法放線具有很大的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。RTK技術(shù)在巴塘鄉(xiāng)的災(zāi)后重建中發(fā)揮了巨大的作用，為災(zāi)后重建的測(cè)繪保障作了特殊貢獻(xiàn)。