南方RTK技術(shù)在渠道測量中的應(yīng)用分析

楊娟革

(陜西省渭南市大荔縣水務(wù)局, 陜西 大荔 715100)

1 應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行測量的原理及優(yōu)勢

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)即實(shí)時(shí)動態(tài)載波相位差分技術(shù),是實(shí)時(shí)處理兩個測點(diǎn)載波相位觀測量的差分方法,也泛指可以用來進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)差分測量的設(shè)備,是GPS的一種應(yīng)用方法。差分法要求將基準(zhǔn)站上的接收機(jī)所觀測到的衛(wèi)星數(shù)據(jù),通過無線電臺發(fā)送給移動站,而后位于移動站的接收機(jī)不僅對衛(wèi)星實(shí)時(shí)觀測,還會對來自基準(zhǔn)站發(fā)來的電臺信號(或網(wǎng)絡(luò)信號)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,最后得出一個移動站的三維坐標(biāo),并且估算出精度?；鶞?zhǔn)站又稱固定站、參考站,就是固定在地面上為移動站提供參考基準(zhǔn)的基站,如固定基站、云基站和移動基站都是固定站;移動站是進(jìn)行作業(yè)的設(shè)備,如無人機(jī)和測繪器都是移動站。RTK技術(shù)的工作原理為基準(zhǔn)站接收機(jī)收到的衛(wèi)星信號通過無線通信網(wǎng)實(shí)時(shí)發(fā)給用戶,用戶接收機(jī)將接收到的衛(wèi)星信號以及收到基準(zhǔn)站的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)合解算,從而求得基準(zhǔn)站和流動站的空間位置關(guān)系。即兩臺接收機(jī)(一臺基準(zhǔn)站接收機(jī),一臺流動站接收機(jī))都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù),同時(shí),基準(zhǔn)站通過其發(fā)射電臺把所接收到的載波相位差分改正信號發(fā)射出去,流動站在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)也通過其接收電臺接收基準(zhǔn)站的電臺信號。在這兩信號的基礎(chǔ)上,流動站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算,從而精確地定出基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)系。

RTK技術(shù)優(yōu)勢在于是支持標(biāo)準(zhǔn)的、精確的定位算法,如GPS、北斗和SBAS;支持多種定位模式,不管是單點(diǎn)還是定點(diǎn)、動態(tài)的還是靜態(tài)的都能應(yīng)用;由于支持多種標(biāo)準(zhǔn)格式、協(xié)議,所以在很多行業(yè)廣泛使用。

2 南方RTK技術(shù)要點(diǎn)

2.1 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢

RTK定位技術(shù)就是基于高精度載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動態(tài)差分定位技術(shù),基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)通信鏈將其所獲得的載波相位觀測值及測站坐標(biāo)信息一起實(shí)時(shí)播發(fā)給在其周圍工作的動態(tài)用戶。流動站數(shù)據(jù)處理模塊使用動態(tài)差分定位的方式確定出流動站相對應(yīng)基準(zhǔn)站的位置,然后根據(jù)基準(zhǔn)站坐標(biāo)求得自己的位置。數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸是RTK的關(guān)鍵技術(shù),數(shù)據(jù)處理技術(shù)的合理性、有效性以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的可靠性、抗干擾性是檢驗(yàn)RTK設(shè)備的重要指標(biāo)。南方啟航RTK技術(shù),不需要建立新的基準(zhǔn)站,而是制造廠家直接租用中國三大運(yùn)營商(中國電信、中國移動、中國聯(lián)通)的移動基站,作為自己的基準(zhǔn)站接收信號,整個RTK系統(tǒng)設(shè)置好就可以由一人操作,大大提高測量工作準(zhǔn)備效率。

其技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在:厘米級高精度位置服務(wù),開機(jī)秒固定;4 400個超高密度站點(diǎn),全國覆蓋;全星座全頻點(diǎn),支持北斗三號;五星十六頻,收星50+;提供CGCS2000坐標(biāo);一鍵登錄秒固定。極致輕便,僅重780 g,高集成層疊式設(shè)計(jì),鎂合金材質(zhì)機(jī)身,體積小、重量輕,更適合野外作業(yè)。內(nèi)置IMU慣性測量傳感器,能根據(jù)對中桿傾斜方向和角度自動校正坐標(biāo),無需對中,點(diǎn)到即測。不受磁場干擾。ROS系統(tǒng)加載北斗高精度SOC芯片算法優(yōu)化數(shù)據(jù)抗差算法,在復(fù)雜環(huán)境下定位更穩(wěn)定可靠。超級續(xù)航組合充電1 h,工作1整天,15 km電臺接收,智能鎖定。續(xù)航時(shí)間,提升40%;藍(lán)牙連接速度,提升50%;信號跟蹤捕獲速度,提升100%,能滿足更高強(qiáng)度作業(yè)需求。

2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解是技術(shù)關(guān)鍵

在開始測量前,求解轉(zhuǎn)換參數(shù)非常重要,必須保證正確求取,一般要求在作業(yè)區(qū)的控制點(diǎn)個數(shù)不得少于3個,以實(shí)時(shí)把握參數(shù)的精度,測量過程中也適時(shí)進(jìn)行復(fù)測確認(rèn)。

3 渠道測量控制點(diǎn)的布設(shè)

測量控制點(diǎn)是在進(jìn)行渠道測量放線作業(yè)之前,在施工區(qū)域范圍內(nèi)布設(shè)一系列的控制點(diǎn)(包括平面和高程控制點(diǎn)),為以后測量放線和測量校核服務(wù)。以洛惠渠中干渠某渠段施工測量布點(diǎn)為例,根據(jù)渠道襯砌段的上下游生產(chǎn)橋,取上下游橋中為渠道中軸線,在中干渠左側(cè)斗渠岸旁每隔100 m布設(shè)一個控制點(diǎn),方便以后檢核和施工放樣。對于有交叉建筑物,如架空供水管道、地下涵管等特征位置,在渠道測量過程中按需要增加控制點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)交底給出的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)和高程,先用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行復(fù)核測量,并對布設(shè)的控制點(diǎn)進(jìn)行施測和精度評估?？刂泣c(diǎn)布測完畢后,即可對RTK進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置,整個系統(tǒng)設(shè)置好即可由一人操作測量。

4 RTK渠道斷面測量

根據(jù)設(shè)計(jì)選定的渠道線路進(jìn)行渠道斷面測量。流動站作業(yè)測量需一整天,每天開始測量前,精確校點(diǎn)十分必要,最好使用三角架或者對中桿,保證測量的準(zhǔn)確性。渠道斷面測量又分為縱斷面測量和橫斷面測量。渠道縱斷面高程測量是測量出渠道中軸線上各里程樁的地面高程,以便進(jìn)行渠道縱向坡度的設(shè)計(jì)。一般沿渠道中心線從渠首或分水閘的中心為起點(diǎn),無論直線或曲線,均用小木樁標(biāo)定里程樁。里程樁的間距一般為50 m 或100 m,從上游向下游累積編號。這些相等間隔設(shè)置的木樁稱為整樁。在實(shí)際測量工作中,遇到特殊地形、地物等情況應(yīng)設(shè)加樁。渠道縱斷面圖根據(jù)中線里程樁及加樁的里程及高程進(jìn)行繪制。繪制成的渠道縱斷面圖反映了渠道中心線地面的高低起伏變化,表示出渠底設(shè)計(jì)坡度的大小及中線位置的填挖尺寸。

橫斷面測量主要是測量出垂直于渠道中線方向的橫斷地面線上主要點(diǎn)的高程。RTK橫斷面測量時(shí),每隔20 m設(shè)1個渠底中樁,測量1個橫斷面。在渠底中樁左、右兩側(cè)各測量幾個特征點(diǎn),如左上邊樁(ZS)、左中樁(ZZ)、左下邊樁(ZX)、右上邊樁(YS)、右中樁(YZ)、右下邊樁(ZX),手簿記錄時(shí)以代碼區(qū)分,便于內(nèi)業(yè)使用。由于中樁、邊樁測出的都是三維坐標(biāo),數(shù)據(jù)整理后即可準(zhǔn)確的繪制出各橫斷面圖。根據(jù)繪制出的各橫斷面圖和設(shè)計(jì)橫斷面圖比較,可以計(jì)算出各渠段的挖填土方量。RTK渠道斷面測量可一人操作,作業(yè)效率高,以前的水準(zhǔn)儀或者全站儀測量渠道斷面,架設(shè)儀器,整平對中,不能通視時(shí)還要不停的搬站,需要配備的人力多,誤差大,費(fèi)工費(fèi)時(shí)。而RTK測量不存在累計(jì)誤差,測量精度高,速度快、作業(yè)靈活方便。

5 渠道放線測量

5.1 放直線

打開RTK手簿相關(guān)界面選定“線放樣”功能,手動輸入直線AB段起點(diǎn)A(0,0,h起)和末點(diǎn)B(0,y末,h末)兩點(diǎn)的坐標(biāo),系統(tǒng)會自動解算出RTK流動站當(dāng)前位置到已知的設(shè)置直線AB(渠道中線)的垂直距離x值。當(dāng)RTK流動站位于渠道中線上之后,會顯示當(dāng)前位置:x值為0,y值表示當(dāng)前位置到線路起點(diǎn)的里程,h值表示當(dāng)前位置點(diǎn)的高程,據(jù)此可放樣各直線段樁位。當(dāng)人沿著從起點(diǎn)A到末點(diǎn)B的方向移動時(shí),x值顯示為負(fù)值,表明當(dāng)前點(diǎn)在直線的左邊,因此需要向右移動,靠近直線方向;當(dāng)人沿著從起點(diǎn)A到末點(diǎn)B的方向移動時(shí),x值顯示為正值,表明當(dāng)前點(diǎn)在直線的右邊,因此需要向左移動,靠近直線方向,直至移到該直線上(x值為0),放線點(diǎn)的位置即被確定,依次打上寫好里程樁號的木樁,此放線點(diǎn)即告完成。

5.2 點(diǎn)放樣

大致可分兩種方法:(1)將事先編制好放樣坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件→導(dǎo)入到手簿中→點(diǎn)擊“點(diǎn)放樣”功能→點(diǎn)擊“放樣點(diǎn)庫”→選擇待“放樣點(diǎn)名”,儀器馬上會顯示出RTK流動站當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的坐標(biāo)差值(△x、△y、△h),并提示方向→按提示方向?qū)ふ夷繕?biāo)點(diǎn)→即將達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)處時(shí),屏幕就會出現(xiàn)一個小圓圈(指示放樣點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的接近程度)→精確移動流動站,使得△x和△y滿足放樣精度要求時(shí),釘木樁→精確投測小釘。將儀器立于樁頂上,儀器顯示的△h表示當(dāng)前高度和目標(biāo)高度的高差,將該高差用記號筆標(biāo)注于木樁側(cè)面,即為該點(diǎn)填挖高度。按同樣方法放樣其他各待定點(diǎn)。(2)事先編制好放樣的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件(見表1),不需要導(dǎo)入到手簿中。打開RTK手簿中的測量,狀態(tài)顯示為固定解,選定“點(diǎn)放樣”功能, 儀器馬上會自動計(jì)算出RTK流動站當(dāng)前位置(x,y,h),x值表示距中線的距離,正值表示在中線右側(cè),負(fù)值表示在中線左側(cè);y值表示距起點(diǎn)的距離,即里程,h值表示當(dāng)前點(diǎn)的高程。移動流動站,當(dāng)儀器顯示當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的坐標(biāo)值一致或精度滿足要求時(shí),即可釘木樁,按同樣方法放樣其他各待定點(diǎn)。

表1 2022年洛惠渠中干渠某段砌石襯砌施工測量放樣數(shù)據(jù)

5.3 數(shù)據(jù)輸出

單擊“工程”→“文件輸出”→“文件格式轉(zhuǎn)換輸出”→“數(shù)據(jù)格式”下拉框中選擇所要的格式→單擊“源文件”就是所要轉(zhuǎn)換的原文件→點(diǎn)擊“目標(biāo)文件”,彈出一個對話框,在保存文件欄中輸入所要保存的文件名→點(diǎn)擊“確定”。這時(shí)文件已轉(zhuǎn)換為所需要的格式,同時(shí)顯示文件保存的路徑。把測量數(shù)據(jù)存儲到電腦中,同時(shí)可利用南方測繪成圖軟件CASS繪制出渠道縱橫平面圖。

6 結(jié) 語

通過RTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,其技術(shù)優(yōu)勢主要有:(1)能夠提高測量效率,速度快、差錯少;提升測量強(qiáng)度,降低勞動強(qiáng)度,可一人操作,節(jié)省外測費(fèi)用;(2)RTK平面精度以及高程精度都能夠達(dá)到厘米,數(shù)據(jù)安全可靠,不存在誤差累積;(3)RTK降低了作業(yè)條件要求,不受通視條件限制,作業(yè)更為方便;(4)RTK適應(yīng)各種外業(yè),內(nèi)置專業(yè)軟件可自動實(shí)現(xiàn)多種測繪功能,減少人工繪制。其不足之處主要為:(1)該技術(shù)的應(yīng)用會受到網(wǎng)絡(luò)信號的影響,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號不能對測量范圍進(jìn)行覆蓋時(shí),就會影響測量結(jié)果(如地下隧洞、高山峽谷及密集森林等);(2)測量的數(shù)據(jù)還會受到空間環(huán)境的影響(如電離層的干擾性、共用的衛(wèi)星數(shù)等);(3)數(shù)據(jù)鏈的傳輸干擾、測量作業(yè)半徑的大小也會對測量的結(jié)果造成一定影響。雖然RTK技術(shù)還有一些不足,但其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于缺點(diǎn),有些優(yōu)點(diǎn)是常規(guī)測量方法無法比擬的,因而RTK技術(shù)在現(xiàn)代化測量中的應(yīng)用越來越普及、越來越廣泛。