RTK的點放樣和曲線放樣研究

鄧文質(zhì)

（貴州開磷設(shè)計研究院，貴州　貴陽　550000）

RTK的點放樣和曲線放樣研究

鄧文質(zhì)

（貴州開磷設(shè)計研究院，貴州貴陽550000）

RTK測量標稱精度提供的是基準站與放樣點間邊長的相對精度，而在控制測量、工程放樣、地形圖施測工作中，用戶更關(guān)心的是點位精度、點與點之間的邊長精度。并且憑借RTK相對于傳統(tǒng)測量的精度高、高效益、高效率、全天候的優(yōu)勢，它被廣泛的應(yīng)用于工程測量，地形圖測繪當中，因此，如何準確獲取RTK測量點位精度以及點間邊長精度，對指導如何應(yīng)用RTK進行測量、進行成果質(zhì)量控制及降低測量外業(yè)所需的成本有著重要的意義。

RTK；點放樣；曲線放樣

在通過大量的社會生產(chǎn)實踐之后，發(fā)現(xiàn)工程放樣采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設(shè)計點位時，往往需要來回移動目標，而且要2-3人操作，同時在放樣過程中還要求點間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難的情況會借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時，僅需把設(shè)計好的點位坐標輸入到電子手簿中，利用GPS接收機進行查找放樣點的位置，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，誤差小，因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作，所以是現(xiàn)在放樣手段的必選之一。

1　利用RTK進行點放樣

RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)，實時動態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準站和流動站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)，隨即計算機根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。這樣用戶就可以實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測點的精度指標，確定觀測時間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

建筑物的形狀和大小是通過其特征點在實地上表示出來的。如建筑物的中心、四個角點、轉(zhuǎn)折點等。因此點放樣是建筑物和構(gòu)筑物放樣的基礎(chǔ)。用RTK進行點位放樣同傳統(tǒng)放樣一樣，需要兩個以上的控制點，但不同的是傳統(tǒng)的方法是通過距離或方向來放樣定點，或用全站儀用兩點定向后放樣定點，而RTK是用2～3個控制點進行點校正，就可在無光學通視（電磁波通視）的條件下進行點位的放樣，塔憑借作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強大，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累，數(shù)據(jù)處理能力強和大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的搬運次數(shù)的優(yōu)勢，使得傳統(tǒng)測量放樣方法無法與之相比。但是使用RTK進行建筑物放樣時需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對于短邊，其相對關(guān)系較難滿足。在放樣的同時，需要特別注意測量點位的收斂精度，在點位精度收斂高的情況下，用RTK進行規(guī)劃放線一般能滿足要求。并且，GPS-RTK除了具備上述優(yōu)點之外，其自身也存在局限性，放樣時在點位收斂精度不高的情況下，強制測量則有可能帶來較大的點位誤差。比如其受天空環(huán)境影響和衛(wèi)星狀況限制，或者作業(yè)半徑比標稱距離小、數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制；受GPS接收機上方遮擋物的限制；另外還有可能出現(xiàn)高程異?，F(xiàn)象；精度和穩(wěn)定性仍舊存在問題。其中造成誤差的來源有以下幾個方面：

1.1GPS-RTK點位放樣具有不確定度

不確定度在測量中表現(xiàn)為獲得的坐標測量值與相應(yīng)的真實坐標值的差值。點位放樣時，用戶直接根據(jù)設(shè)計坐標進行標定，但GPS儀器并非直接利用坐標而是通過偽距、時間、相位等要素，利用距離交會原理，在機器內(nèi)部通過計算將結(jié)果顯示出來，其不確定度指標只能用合成標準不確定度進行評定。放樣點位的誤差表現(xiàn)為點位的實際坐標與設(shè)計坐標的偏離情況，此時的不確定度也可以理解為由于定位瞬間各衛(wèi)星空間位置的不確定度、距離測量的不確定度、求解過程的不確定度的綜合影響。

1.2測站

與測站有關(guān)的誤差包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素影響等，這些因素都可影響GPS-RTK在三維坐標放樣中的精度。例如：當采用同類型GPS接收機和同型號GPS天線進行觀測時，兩個GPS天線相位中心在高程方向上偏差之差在1mm之內(nèi)，當采用不同類型GPS接收機、或不同型號GPS天線進行高精度變形監(jiān)測時，兩個GPS天線相位中心在高程方向上偏差之差在5-12mm左右，應(yīng)顧及GPS天線相位中心在高程方向上偏差的影響。

1.3距離

與距離有關(guān)的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。電離層誤差、對流層誤差同信號傳播有關(guān)的誤差將隨移動站至基準站的距離的增加而加大，RTK的有效作業(yè)半徑是有限的（一般為12km內(nèi)）。

針對以上誤差的來源，采取相應(yīng)減弱誤差的措施：

由于來源、方位、角度、強度、遠近等因素在現(xiàn)場具有極強的隨機性，導致其無法進行定量描述或施加改正數(shù)，因此，只能采取措施或刻意回避強影響因素以削弱放樣成果的不確定度。具體應(yīng)該做到：

1.3.1基準站應(yīng)避免選擇在無線電干擾強烈的地區(qū)，包括反射面和發(fā)射源。RTK基準站初始化后，必須到另外的點位（已知點或前期放樣的點位）進行檢核，最好位于遠方端點。在進行測量時，基準站要選擇在比較中心、位置空曠開闊的至高點上，且周圍無磁場的影響，這樣流動站接收的信號好。

1.3.2基準站盡量選擇測段中部高地，可避免因距離過大或失鎖帶來的精度降低或重新初始化的不足。

1.3.3注意更換投影帶，改變抵償水準面區(qū)域附近的基準站設(shè)置，盡量在同一系統(tǒng)下工作，可減少坐標換算誤差。

1.3.4移動站遇到大范圍密林、長的橋洞、密集的樓群等，應(yīng)盡量繞行或快速穿過，避免斷鏈。

2　RTK進行點放樣的儀器參數(shù)設(shè)置

本次利用RTK進行點放樣采用的儀器為中海達 V8型，界址點測量和曲線放樣也使用該款同型號儀器。

2.1測前準備：獲取2～3個控制點的坐標（如果沒有已知數(shù)據(jù)可用靜態(tài)GPS先進行控制測量。本次試驗為用靜態(tài)GPS進行控制測量得到的坐標值），解算或用相關(guān)軟件求出放樣點的坐標，檢查儀器是否能正常使用。

2.2基站的架設(shè)：將基準站架設(shè)在較空曠的地方（附近無高大建筑物或高壓電線等），然后開啟基準站主機，等到主機連上服務(wù)器后在打開手簿。

2.3建立新工程：點擊“項目”圖標，進入項目設(shè)置界面，點擊“新建”圖標，進入輸入界面，輸入完以后，點擊圖標

2.4設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù) ：點擊菜單“參數(shù)”進入?yún)?shù)設(shè)置界面后，首先設(shè)置橢球，源橢球為默認的“WGS-84”，當?shù)貦E球則要視工程情況來定，我國一般使用的橢球有兩種，一為“北京54”，一為“國家80”工程要求用哪個就選哪個（本次試驗選用的是“北京54”），點擊框后面的下拉小箭頭選擇。

再設(shè)置投影，方法為：點擊屏幕上“投影”，界面顯示了“投影方法”以及一些投影參數(shù)。因為工程測量一般常用高斯投影，所以本實驗選用“三度帶 ”，選擇好投影方法后，接著要修改的是“中央子午線”，修改方法是雙擊中央子午線的值，輸入測區(qū)的概略中央子午線值——因為這次實驗是在學校進行，所以該處輸入當?shù)氐母怕灾醒胱游缇€值“114：00：00.00000E”。

最后設(shè)置好投影參數(shù)后，將橢球轉(zhuǎn)換、平面轉(zhuǎn)換、高程擬合全設(shè)為無。

設(shè)置方法都是點擊“轉(zhuǎn)換模型”框右邊的下拉小箭頭進行選擇，選擇完后，點擊界面“”按鈕，再點擊彈出窗口的“OK”，點擊界面右上角“”退出5、參數(shù)設(shè)置：連接并設(shè)置基準站主機：GIS+手簿和基準站主機使用藍牙連接，并在連接后對基準站主機進行設(shè)置。

連接主機：點擊屏幕右下的“連接GPS”按鈕，接著進入設(shè)置參數(shù)界面，檢查好參數(shù)沒有問題了之后，點擊屏幕右下角的“連接”按鈕，進入藍牙搜索界面，點擊界面“搜索”按鈕，直到屏幕上出現(xiàn)將要連接的RTK基站（已經(jīng)架好并已開機）的機身碼后，點擊“停止”，再點選好要連的機身號，讓藍色選擇條選到要連的機身號上，再點擊“連接”。

設(shè)置基準站：點擊左上角“接收機信息”按鈕，在下拉菜單里點選“設(shè)置基準站”，進入設(shè)置基準站界面，點擊“”按鈕，畫面跳入采集界面，當屏幕右下角文字變成“開始”時，點擊屏幕右上角的“”按鈕；接著點擊畫面上的“數(shù)據(jù)鏈”按鈕，進入數(shù)據(jù)鏈設(shè)置界面：有三種模式可選一為內(nèi)置電臺，二為內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)，三為外部數(shù)據(jù)鏈，本次實驗選用的是“內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)”，設(shè)置服務(wù)器并修改分組號和小組號（其中：組號為七位后三位不得大于255，小組號為三位，也不得大于255），設(shè)置好數(shù)據(jù)鏈后，點擊“其他”按鈕，進入其他設(shè)置界面，本次試驗差分模式選RTK，電文格式選CMR，高度截止角選12度；最后設(shè)置好后點右下角的“確定”按鈕并斷開與基準站的藍牙連接。

連接并設(shè)置基準站主機：設(shè)置移動站，用手簿連接移動站，連接方法與連接基準站一樣，連接成功后，點擊左上角的下拉菜單，選擇設(shè)置移動站，進入移動站設(shè)置界面，其要設(shè)置的參數(shù)與基站保持一致，否則移動站無法工作。

3　利用RTK進行曲線放樣

公路、鐵路、渠道、輸電線以及其他管道工程都屬于線型工程，他們的中線通稱為線路。這些線路實際上是由空間的直線段和曲線段組合而成。在線路方向發(fā)生變化的地段，連接轉(zhuǎn)向處的曲線稱為平曲線。平曲線有圓曲線和緩和曲線兩種。圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。

圓曲線放樣時，首先放樣曲線主要點，即ZY（直圓點）、QZ（曲中點）、YZ（圓直點）。α為交點JD上實地測出的偏角，圓曲線半徑由設(shè)計給出。

圖4-1　曲線要素圖

一般方法是根據(jù)曲線要素放樣出曲線主點，再用已放樣出的主點放樣出其他點，由于放樣時是依據(jù)已放樣的主點，這樣容易造成誤差的累積。

常規(guī)儀器主點測設(shè)時，將經(jīng)緯儀置于交點JD上，以線路方向定向，即自JD起沿兩切線方向分別量出切線長T，即可定出曲線起點ZY和終點YZ，然后在交點上后視點ZY（或YZ），撥（180°-α）/2角，得分角線方向，沿此方向量出外矢距E，即得曲線中點QZ。在將儀器架設(shè)在ZY（或YZ）用極坐標法或偏角法進行曲線的詳細放樣。

4　結(jié)語

通過本論文的研究，介紹了在測量工作中RTK用于工程放樣和界址點位測量，其精能滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。隨著GPS接收機數(shù)據(jù)傳輸能力的增強，數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性，抗干擾性水平和軟件水平的提高，相信本論文中提到的不足之處在不久的將來會得到改善，那樣會使得RTK技術(shù)將在和工程放樣和地籍測量及其他領(lǐng)域得到更廣闊的應(yīng)用。GPS RTK技術(shù)己經(jīng) 在測量和工程界產(chǎn)生了重大變革，帶來了空前的高效率。

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鄧文質(zhì)（1989.09-），男，本科，測繪工程，助理工程師，研究方向：工程測量。

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A

1003-5168（2015）11-142-02