RTK技术在工程测量中的应用

2022-09-10

1 动态RTK定位原理

RTK技术是GPS实时动态定位的简称。RTK技术又称为载波相位差分技术, 修正法和差分法是载波相位差分中的两种方法。修正法指的是把基准站的载波相位修正值发送给用户, 改正用户接收到的载波相位, 然后通过计算, 得出正确坐标。差分法指的是把基准站采集的载波相位发送给用户, 再通过求差的方法, 计算出坐标。可见修正法属准差分RTK, 差分法是真正RTK。RTK技术主要是有GPS与数传技术结合而成的, 通过实时解算, 再将数据处理, 在非常短的时间内就可以得到高精度位置信息的技术。其基本原理是:将一台GPS接收机天线安置在基准站上进行观测。基准站经数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站既有数据链接收到基准站的数据, 也可以采集GPS观测数据, 并在系统内组成差分观测值进行实时处理, 对其定位结果进行改正, 从而提高定位精度, 给出厘米级的点位坐标。如图1所示:

以RTK差分技术是现阶段GPS定位中, 其精度特别高, 相对定位精度平面可以1cm+lppm, 高程为2cm+lppm以上。RTK定位技术在实施过程中, 基准站接收机必须设置在有已知坐标的参考点上, 并且继续接收GPS卫星信号, 同时把测站坐标、观测值等经发射电台发送出去, 流动站在跟踪GPS卫星信号的同时也接收来自基准站的数据链, 通过在航解算OTF (On The Fly) 技术解求载波相位整周模糊度, 然后经相对定位模型可以得到所在点相对基准站的坐标和精度指标。OTF算法是如今应用非常广泛的一种技术, 其能够帮助RTK的初始化在很短时间内就可以完成, 大大缩短了作业的时间。

2 RTK系统的组成

RTK系统是通过3个部分组成: (1) 卫星信号接收系统:必须有2台以上的GPS接收机设在基准站和流动站上, 如果基准站在同一个时间为多用户服务的时候, 需要选择双频GPS接收机, 从而确保其采样率与流动站采样率达到一样。 (2) 数据传输系统:数据传输系统主要是通过基准站的数据发射装置与流动站数据接收装置相结合而成, 其是RTK技术中的重要设备。 (3) 软件解算系统:软件解算系统能够有效地确保RTK系统测量结果的正确性。如图2所示。

以载波相位为观测量的实时动态测量, 其主要工作就是将载波相位初始整周未知数的精密确定、流动观测中对卫星的连续跟踪和失锁后的重新初始化等。

3 RTK测量技术的广泛应用

3.1 测量放样

放样是工程测量中的一部分, 该过程需要由规定的方法和仪器将工作人员设定的点位标记在实地。传统选择普通的放样方法并不少, 例如, 经纬仪交会放样, 全站仪的边角放样等, 通常在放样出一个设计点位的时候, 就必须往返移动目标, 该过程需要2-3个工作人员进行, 在放样的时候, 点间通视必须保持良好, 传统的放样方法被应用并不广泛。而RTK系统不但方便快捷, 而且精度很高也很均匀。RTK系统的精度:平面误差lcm+lppm, 高程误差2cm+lppm, 都符合现阶段的放样测量的的相关要求。作业方法是: (1) 选择合理控制点及其坐标系、坐标转换参数的求解方法。将放样点的坐标或线存入RTK手薄中。在地势高、没有任何干扰、面积大的已知点架设基准站, 基准站设置好以后, 让接收机收到的卫星不能少于5颗, 数据传输系统发射不出任何意外; (2) 设置好流动站, 快速初始化结束之后方盒作业。通过RTK手薄可以得到放样的点或线, 手簿电脑中会马上呈现测量获取到的测量点距放样点或线的纵横坐标差X、Y、S和方位, 同时通过图形形式呈现, 并且呈现出测量的点位精度水平, 如果精度水平满足要求, 说明该点的放样已经完成, 此过程操作比较简单, 显示的点和线也很清晰, 一个人就能够操作, 以此提高工程工作效率, 在作业过程中, 不需要布测一般的导线, 从而减少很多工作量, 该方法在道路环境不好处比较便捷。 (3) 高程测量。GPS测量的高程误差和一般水准是不一致的。其相关标准在拟合面与大地水准面的是否满足要求。通过实践证明, GPS进行高程控制测量是可行的。

3.2 控制测量

以往的大地测量、控制测量一般选择三角网、导线网等方法进行施测, 既浪费人力和时间, 还需要保持点间通视情况良好, 又不能在外业测量过程中评定精度。选择一般的GPS静态测量方法, 外业测量时, 不可以立即知道点位精度, 若测量结束之后, 内业处理若有精度不满足的情况下, 需要重新测量。但是选择RTK测量, 则不需要这么多步骤的, 测一个控制点在几分钟甚至几秒钟内可完成, 而且能够实时知道定位精度, 当点位精度满足要求了, 便可以采集所需点的坐标值, 这样可以大大提高作业效率, 而且保证测量精度。

3.3 地形测图

传统地形测图过程中, 通常需要在测区建立图根控制点, 接着在图根控制点设置全站仪或经纬仪配合小平板测图。随着科学技术的发展, 现阶段外业选择全站仪和电子手簿配合地物编码, 选择大比例尺测图软件进行测图。碎部点要和测站保持通视, 通常情况下, 需要2个以上的测量人员进行作业, 成图或拼图过程中, 若有不正确的, 必须返回重新测量。但是选择RTK技术, 地形条件可行的情况下RTK设站一次就能够测量10km以上的半径测区, 从而提高测量工作效率, 整个过程一个人就可以完成。

3.4 地下管线探测

地下管线测量包括控制测量、地下管线点测量和管线两侧的带状地形测量。地下管线测量前, 应搜集测区已有的控制和地形资料。管线测量应达到如下主要技术要求:

(1) 精度要求。地下管线点的测量精度管线图的测绘精度和地形图的数字精度见前述的规定。

(2) 管线测量应采用解析法, 按数字化成图的要求, 以电子全站仪观测, 电子手簿或PDA记录, 并应按规定的统一格式进行。

(3) 管线点测量、带状地形测量可与图根控制测量同时进行, 按数字化成图的要求进行。地下管线点的平面位置测量, 测距边不得大于150m, 定向边宜采用长边。

(4) 地下管线测量应按有关测注项目的规定对各种地下管线有关的地面建 (构) 筑物及附属设施进行测定。

(5) 作业小组间带状地形测量图幅接边时必须测到本组图幅外的10米, 并按规定保证接边质量。

4 结束语

综上所述, 随着科学技术的进一步发展, RTK的测量精度势必会更高、稳定性更好、仪器设备成本更低、测量效率更高。RTK技术的出现, 为测绘科学的发展带来划时代的意义。由于RTK技术得天独厚的优势, 其在测绘学科中的应用将会越来越广泛。

摘要：GPS卫星定位技术的出现, 给测绘学科带来了巨大的变革。与传统的测量手段相比, GPS技术有着高精度、全天候、高效率、应用广泛等显著优势。RTK技术是基于载波相位测量的实时差分GPS (GPS-RTK) 测量技术, 是GPS技术在测绘学科应用中的一个新突破。RTK技术广泛应用于控制测量、地形图测绘、工程放样、地下管线探测等。因此, 对RTK测量系统的进行分析具有重要的现实意义。

关键词：RTK技术,工程测量,应用