RTK测量技术在工程测量中的应用研究

2023-02-18

1 实时差分GPS测量技术

差分GPS (DGPS) 是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态 (Real Time Kinematic, 简称RTK) 测量技术, 也称载波相位差分技术, 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术, 它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是, 在基准站上安置一台GPS接收机, 对所有可见GPS卫星进行连续地观测, 并将其观测数据, 通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在流动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

实时动态 (RTK) 定位测量系统的构成实时动态定位测量系统主要由以下三部分构成: (1) 卫星信号接收系统在实时动态定位测量系统中。 (2) 数据传输系统 (数据链) 。 (3) 软件解算系统。

2 应用RTK技术的工程测量的作业流程

2.1 内业准备

在实施RTK外业测量前, 应事先收集测区的小比例尺地形图, 必要时进行野外踏勘, 根据工程测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几方面的内容。

(1) 根据工程项目, 设定工程名称。 (2) 若已知坐标转换参数, 则输人手簿 (一般此参数未知) 。 (3) 若无坐标转换参数, 应整理测区的已知控制点资料, 控制点应尽可能均匀分布在测区周围, 使得所测点均在已知点的包围之内, 尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS作业的要求。 (4) 实施工程放样时, 内业输人每个放样点的设计坐标, 以便野外实时、准确放样。

2.2 求定测区转换参数 (一般采用此种方法)

工程测量是在地方独立坐标系上进行的, 这就存在WGS-84坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。

由于RTK作业要求实时给出当地坐标, 这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要, 求定测区转换参数可按如下步骤进行:首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点, 获得各点的WGS-84坐标和地方坐标系下的坐标, 利用同一点的两种坐标求出转换参数。

2.3 基准站的选定原则

数据传输系统由基准站发射电台和流动站接收电台组成, 它们是实时动态测量的关键设备。稳定可靠的数据链是动态初始化的前提。保持高质量的数据传输, 可以减少整周模糊度的解算时间, 大大提高主作效率, 所以基准站的安置是顺利实施RTK作业的关键之一, 基准站安置应满足下列条件。

(1) 基准站可设立在有精确坐标的已知点上, 也可设在未知点上 (最好设在已知点上) 。 (2) 基准站安置应选择地势较高、视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方, 工程测量首选测区高大建筑物上。 (3) 为防止数据链的丢失和多路径效应, 基准站周围应无GPS信号反射物 (大型停车场、大型建筑物、车辆拥挤的街区等) , 200m范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源。 (4) 考虑到南北极附近是卫星的空洞区, 电台的天线应架设在GPS接收机的北方。

2.4 RTK施测步骤

野外作业时, 基准站安置在选定的控制点上, 打开接收机输人点号、天线高、WGS-84的已知坐标;设置完毕检查接收的GPS卫星数≥5颗。检查电台发射指示灯是否正常, 基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率, 检查电台接收指示灯是否正常, 检查接收卫星颗数) 4颗, 流动站可开始测量任务。先联测1～2个已知控制点, 评定测量精度, 满足设计要求后开始测量任务。实时动态RTK数据处理相对简单, 外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统, 直接下载到计算机内。经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。

3 RTK实测中注意的问题及对策

RTK技术在工程测量中有广阔的应用前景, 但是由于城市特殊的环境, 存在诸多的不利于RTK作业的因素, 诸如强大的无线电网络、高大的建筑物、繁忙的交通等。在大量的实践应用中, 我们发现了测量过程中的许多问题, 经过认真的分析, 主要有以下几方面原因。

(1) 由于实时动态RTK的测量与卫星分布以及数据链的性能有关, 而且各观测值都是独立观测的, 所以应在开始观测前联测其他已知 (据张新民, 2009) 点进行对比, 以确定基准站和流动站各参数设置是否正确, 以及数据链通讯是否正常。在观测一段时间或仪器失锁以及观测结束前都进行这一检测, 这样可以有效地判断仪器是否处于正常状态, 从而确保观测成果的可靠性。 (2) 为提高观测成果的精度, 流动站宜采用带支架的对中杆, 这样流动站天线稳定性好、对中整平误差小, 同时在采集数据时应等待数据跳动变化在设计要求实时采集。 (3) RTK作业时, 有时会出现数据链不稳定的现象。可能是由于流动站附近存在与电台频率相同的外界无线电, 干扰了数据的传输。这时应通知基准站测量人员重新选择电台发射频率, 流动站也重新选择接收频率;也可能是电台的电量不足, 应及时充电。

4 工程测量应用实例

4.1 测区概况

某工业园是南宁市规划建设的新区之一是今后几年南宁市城市基础建设的重点地区。该测区地势相对平缓, 高大建筑物较少对视空影响不大。除个别地方外对RTK作业无大的影响。

4.2 确定转换参数

为保证转换参数的精度, 共加进5个高等级GPS控制点 (A, B, C, D, E) , 通过多种点的匹配方案, 选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数。

4.3 工程应用及定位精度比较分析

(1) 工程控制测量和放样测量均采用RTK作业。对同一观测点在不同时间段进行重复RTK测量, 坐标较差比较见表2;相邻观测点间全站仪实测距离和RTK实测距离进行抽样检查, 结果见表3。由于采用了残差较小的参数控制文件, 正式工作之前检测已知点, 观测时利用带对中杆的三角支架作业, 提高了观测精度。

(2) 测区位于南宁市东南方向, 测区地势平坦, 多路径效应小, 大车路纵横交错, 交通极为便利, 适合RTK作业。

根据工作应用来看, RTK作业既可以实时提供点位坐标和高程, 又可实时知道测量点位精度, 能够极大地提高工作效率。只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应, RTK测量完全能够满足城市建设的需要。

5 结语

RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后, 测量领域又一次技术革命。它改变了传统的测量模式, 能够实时提供厘米级定位精度, 在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于工程测量中, RTK能够快速准确的布设导线网, 弥补由于城市日星月异的发展造成的低等级导线点的毁坏, 减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。RTK测量需要的测量人员少、作业时间短, 工作效率高, 并且RTK测量成果都是独立观测值, 不会像常规测量造成误差积累。当然, RTK技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件, 在城市环境下更显得突出, 有时会出现无法正常作业的情况, 这就需要不断完善RTK技术, 探讨先进作业方式。随着RTK技术的日趋成熟, 必将更好地服务于工程测量。

摘要：RTK测量技术是GPS测量技术发展中的一个突破, 本文基于笔者多年从事工程测量相关工作经验, 以笔者参与的南宁市某项目为工程背景, 探讨了RTK测量技术在工程测量中的应用思路, 是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 能直接用于指导实践, 也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：GPS,RTK,城市工程测量,基准站,测区转换参数