基于实时动态技术的工程测量研究

2022-09-11

全球定位系统 (GPS) 自问世以来, 作为测量定位新技术, 广泛应用于陆海空领域的导航和定位测量, 在大地测量及工程测量应用领域中产生了前所未有的影响。随着GPS技术不断发展, 其应用已遍及各种测量领域, 特别是GPS实时动态差分RTK (Real-Time-Kinematic) 技术的迅速发展和完善在常规测量领域里越来越得到广泛的应用。

1 用于工程放样测量

一般作业方法是。首先确定控制点及其坐标系、坐标转换参数的求解方法。把放样点的坐标或线及桩号成批地存入掌上电脑RTK手薄中。选择地势高、无干扰、宽阔的已知点架设基准站, 设置好基准站, 使接收机至少收到5颗以上卫星, 数据链发射正常, 测量人员设置好流动站, 在快速初始化完成后可以开始作业。从RTK手薄中提取要放样的点或线, 手簿电脑中立即显示当前测量点距放样点或线的纵横坐标差Dx、Dy、S以及方位, 并以图形方式显示出来, 同时显示测量的点位精度水平, 当精度水平达到期望值可结束该点的放样, 操作起来比较直观、方便。采用RTK放样, 单人就可以作业, 工作效益很高, 同时作业时, 不必布测常规的导线, 节省了大量的人力, 在道路条件差的地方相当方便。如在洋浦金海纸浆厂的道路放桩中, 该地区灌木、小叶桉树密度高, 如果用全站仪放桩, 必须花费大量的人力去砍树开路以便通视, 并且还需要布置导线, 采用RTK方法不需要顾及这些, 常规方法需要10天的工作, 使用该方法约2天即可完成。

高程测量方面。GPS测量的高程误差与常规水准不同。它主要取决于拟合面与大地水准面的符合程度。实践已经证明了GPS进行高程控制测量的可行性。为提高高程精度, 可采用适当控制流动站跟基准站的距离以及高程拟合等方法, 在小范围及地形起伏不大的地区, 一般可获得优于0.1m的精度水平。

2 用于水下地形测量

以往水深测量多用经纬仪交会法或全站仪定位, 受气象因素影响大, 精度难以保证, 也很难控制测船行使在测深断面上, 而且手工成图时间长。如今, 当使用了DGPS或RTK定位技术, 配合专门的水下地形测量软件, 如HYPACK海洋测绘软件, 水下地形测量已走上了自动化测量的轨道。从水深断面的布设、水深点采集及最后成图等, 都可在计算机上完成, 即使遇到海上多雾天气也不会受影响, 大大缩短了测量时间, 并且做到测深定标与定位的时间完全同步。GPS天线与测深仪换能器可装在同一位置, 做到测深点与定位位置完全重合, 从而提高测深质量。以往一个水深测量组需要10人左右, 现在只要4~5个人就能完成。基准台的数据链在海上传播可达15km。作业时不紧张, 降低劳动强度, 提高工作效率。动态RTK技术用于水深测量, 如果增加换能器姿态修正, 则可实施高精度无验潮水下地形测量成图, 其精度完全满足任意比例尺的测图, 彻底改变了传统的作业方式。

3 RTK用于控制测量

由于RTK测量在20km内点位平面标称精度为±3cm, 根据控制测量规范要求Ⅰ级导线点的点位误差为±3cm, 从理论上讲RTK测量完全可以满足Ⅰ级以下导线点的技术规范要求。

在某工程道路放桩RTK测量中, 我们对距离基准站1km~6km的一些四等GPS控制点采用一点法进行检核比较, 结果表明平面坐标分量最大差值为3.1cm, 高程最大差值为4.9cm, 完全符合Ⅰ级导线点的规范精度要求。

在某工程1∶1000数字地形图测绘任务中, 测区长约7km, 宽0.7km, 面积约5km2。整个测区采用Ashtech Z-X双频GPS接收机用静态法共布测了5个四等GPS点, 21个一级GPS点, 点位均匀分布, 最弱点点位中误差为 (Mx:4.0cm, My:3.9cm) , 并联测了四等水准高程。为了进一步检核Ashtech Z-X双频GPS系统的测量精度, 采用GPS控制点联测法均匀地检测了其中12个GPS控制点, 基准站设在测区中间。GPS测量坐标值与静态联测法坐标值的较差见表1, 其X坐标中误差为±3.1cm, Y坐标中误差为±2.3cm, H高程中误差为±5.0cm, 结果完全可满足Ⅰ级导线点 (5″以下) 的规范精度要求。

尽管GPS测量的标称精度及实测精度完全满足Ⅰ级导线点5″点以下的规范精度要求, 但目前的规范对利用GPS测量进行Ⅰ级导线甚至更高的精度的控制测量, 其采集数据的方法, 数量等等还没有明确的规定, 因此还需要用大量的实践来证实。实际测量中还必须采取足够的检核手段, 确保测量的确性。

4 应用RTK作业应注意的问题

(1) GPS作业由于每个测点都是独立的观测量, 缺乏相关联的检核手段。因此, 在作业前后, 在测区内找均匀分布的已知控制点进行检核, 是目前较好的检核手段。 (2) 坐标转换方法, 如控制联测法, 单点法等所测量的点位精度不同, 作业时应依据任务要求, 测区大小使用不同的方法。 (3) RTK采用VHF超高频无线电波做数据链, 容易受到电信发射塔。无线电台。高压电以及地形起伏条件的影响、因此, 基准站应尽可能远离干扰源, 并位于地势高处, 对天条件要好。 (4) RTK系统测量时仪器的连线电缆。配件较多, 特别是基准站发射电台的鞭状天线, 价格昂贵且目前国内没有替代产品, 因此注意保护仪器, 防止人为丢失及损坏也是值得注意的问题。

摘要：本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验, 以RTK技术在城市工程测量中的应用为研究对象, 从RTK技术在城市工程放样测量, 地形测量及控制测量四个方面对这一问题进行了探讨, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：RTK技术,工程测量,控制测量,地形测量,水下地形测量