RTK技術(shù)在城市地下管線測量中的應(yīng)用

蔡少輝 徐鳳喜 王保國

（1 中國核工業(yè)二一六大隊(duì) 新疆烏魯木齊 830011；2 江西省基礎(chǔ)測繪院 江西南昌 330001；3 南昌市測繪勘察研究院 江西南昌 330038）

1 引言

地下管線探測，是一門集幾種學(xué)科于一身的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及物理學(xué)、地球物理學(xué)、工程測量、計(jì)算機(jī)技術(shù)，及有關(guān)的市政、規(guī)劃和各類工業(yè)工程系統(tǒng)等學(xué)科。地下管線普查技術(shù)，主要包括三大部分：一是地下管線探測，即把地下管線的空間分布投影到地面上；二是地下管線測繪，對這些投影的坐標(biāo)賦值；三是將各地下管線的坐標(biāo)（X，Y，Z）、用途、幾何尺寸、材質(zhì)等參數(shù)輸入相關(guān)的計(jì)算機(jī)成圖系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫，滿足各類用戶使用。

2 地下管線測繪現(xiàn)狀

良好的基礎(chǔ)設(shè)施和完善的城市功能所得到的良好的投資環(huán)境，是加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速現(xiàn)代化進(jìn)程的保障。隨著城市的發(fā)展速度越來越快，負(fù)載也越來越重，對地下管線的依賴性就越來越大，而地下管線也就越鋪越密，越鋪越遠(yuǎn)。現(xiàn)狀資料不全，舊的和新的管線竣工資料由于未經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)施三維座標(biāo)的竣工測量，可信度差。竣工資料按時(shí)歸檔措施乏力，以致許多竣工資料失落，這一系列的原因，造成事故頻發(fā)，損失嚴(yán)重，停電、停水、停氣、通訊中斷情況事故經(jīng)常發(fā)生。這樣不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也更給人民的生活帶來困難。

3 RTK 技術(shù)在地下管線探測中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)、空間技術(shù)等新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，以及測繪、探查技術(shù)本身的進(jìn)步，為城市地下管線探測提供新的方法和手段，尤其是GPS 技術(shù)的應(yīng)用，對推動(dòng)和加速城市地下管線探測普查工作具積極的意義。

3.1 RTK 的基本原理

(1)RTK 定位技術(shù)：就是基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK 作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS 觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的接收機(jī)同時(shí)測量來自相同GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，基準(zhǔn)站接收機(jī)所測得的三維位置與該點(diǎn)已知值進(jìn)行比較，就可以獲得GPS 定位數(shù)據(jù)的改正值，據(jù)此來改正動(dòng)態(tài)接收機(jī)所測得的實(shí)時(shí)位置。此時(shí)多項(xiàng)誤差得到抵消，可以得到更為精確的動(dòng)態(tài)用戶位置。

(2)RTK 的關(guān)鍵技術(shù)：初始整周模糊度的快速解算和數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷?qiáng)抗干擾性。整周模糊度的解算一方面依賴于GPS 接收機(jī)對GPS 衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，并保證跟蹤的數(shù)目（一般不少于四顆）；另一方面要求接收機(jī)對外界的強(qiáng)抗干擾性，避免由于多路徑效應(yīng)引起的測量誤差，這就對GPS 接收機(jī)提出了較高的要求。要使RTK 連續(xù)快速地獲得固定解，就必須使RTK 流動(dòng)站連續(xù)、可靠、快速的接收到基準(zhǔn)站發(fā)來的數(shù)據(jù)鏈信號(hào)，數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷?qiáng)抗干擾性主要受地形地勢的影響。因此，為了接收到基準(zhǔn)站播發(fā)的電磁波信號(hào)，要求基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的天線必須滿足“電磁波通視”——即電磁波能從基準(zhǔn)站通過直射、繞射和反射等傳播方式有效地到達(dá)流動(dòng)站。

3.2 RTK 的組成

準(zhǔn)站的組成：GPS 接收機(jī)及其天線，用于接收GPS 衛(wèi)星信號(hào)；無線電傳輸設(shè)備，包括電臺(tái)、手機(jī)通訊模塊及發(fā)射天線，用于發(fā)射基站無線電信號(hào)；電子手簿，用于設(shè)置基準(zhǔn)站和電臺(tái)的各項(xiàng)參數(shù)。

流動(dòng)站的組成：GPS 接收機(jī)及其天線：用于接收GPS 衛(wèi)星信號(hào)；無線電接收電臺(tái)及其天線，用于接收基站電臺(tái)發(fā)射的無線電信號(hào)；電子手簿，用于設(shè)置流動(dòng)站和接受電臺(tái)的各項(xiàng)參數(shù)，通過手簿進(jìn)行各項(xiàng)測量工作的操作。

3.3 RTK 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1)觀測站之間無需通視，這樣就可以減少測量工作的時(shí)間與經(jīng)費(fèi)，同時(shí)也使地形點(diǎn)位的選擇變的更為靈活。(2)定位精度高，作業(yè)有效距離遠(yuǎn)。(3)全天候作業(yè)，一般不受天氣狀況的影響。它既能立即得知測量結(jié)果、又能實(shí)時(shí)監(jiān)視定位精度。(4)操作簡便，其自動(dòng)化程度高。在測繪定位中主要的工作是安裝并開關(guān)機(jī)，量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動(dòng)完成。有的已達(dá)“傻瓜化”程度；接收機(jī)的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度，使野外工作變的輕松愉快。(5)觀測時(shí)間短，隨著系統(tǒng)的不斷完善，在數(shù)據(jù)采集中就已經(jīng)達(dá)到了幾秒中就可以測定一個(gè)點(diǎn)位的程度。

由于RTK 技術(shù)以其快速、優(yōu)質(zhì)、全無缺、不受通視條件約束等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到測量用戶的青睞，是建立地下管線測量控制網(wǎng)最佳技術(shù)設(shè)備和最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法。當(dāng)?shù)叵鹿芫€測量遇到起始點(diǎn)稀少，布設(shè)導(dǎo)線超長或被聯(lián)測的高及點(diǎn)不通視等情況下，采用RTK 定位測量，將得到事半功倍的效果。

3.4 RTK 技術(shù)在管線測量中局限性

(1)RTK 的基礎(chǔ)是GPS 定位技術(shù)，這就要保證對GPS 衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤以及跟蹤衛(wèi)星的數(shù)目必須滿足要求，在工作時(shí)應(yīng)把測量控制點(diǎn)選在地勢較高的區(qū)域或是開闊的場地；(2)RTK 確定整周模糊度的可靠性最高為95%，RTK 比靜態(tài)GPS 還多出一些誤差因素——如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。為了保證可靠性和精確性，采用已知點(diǎn)校核法或是重測比較法對RTK 的測量結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證；(3) 使用中必須時(shí)時(shí)注意電臺(tái)信號(hào)的接收情況，以免發(fā)生測量數(shù)據(jù)的不正確采集，生成精度不高的測量成果；(4)RTK 測量的精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，主要是RTK 較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故，在工作中，要多布設(shè)一些控制點(diǎn)，作為RTK 測量成果的檢核點(diǎn)；(5) 在使用和搬運(yùn)過程中，應(yīng)保護(hù)好RTK 系統(tǒng)的各個(gè)部件，以確保產(chǎn)生準(zhǔn)確無誤的測量數(shù)據(jù)和儀器的長期使用。

4 結(jié)論

通過RTK 測量技術(shù)在實(shí)際測量中的應(yīng)用，可以得知它具有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢：

(1)RTK 技術(shù)在管線測量中應(yīng)用越來越廣泛，通過RTK 技術(shù)定位精度高、誤差不累積、觀測時(shí)間短、操作靈活方便，而且能實(shí)時(shí)提供測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，在生產(chǎn)過程中大大地提高了生產(chǎn)效率、減輕了測量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2)隨著GPS 技術(shù)的飛速進(jìn)步和應(yīng)用普及，它在城市測量中的作用已越來越重要。當(dāng)前，利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)CORS 已成為城市GPS 應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一；隨著CORS 系統(tǒng)的發(fā)展，RTK 技術(shù)也更加成熟，其應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊。

[1]全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范GB 18314－2001.[S].國家技術(shù)監(jiān)督局.

[2]徐紹銓，等.GPS 測量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，1009.

[3]城市測量規(guī)范CJJ8－99.[S].國家技術(shù)督局.

[4]城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程CJJ61－2003.[S].國家技術(shù)督局.