RTK技術(shù)在線狀工程測(cè)量中的應(yīng)用

武靜

摘 要：隨著測(cè)繪新技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)繪外業(yè)工作變得輕松簡(jiǎn)單、省時(shí)省力。本文主要研究GPS RTK技術(shù)應(yīng)用于線狀工程測(cè)量，對(duì)設(shè)計(jì)好的道路曲線進(jìn)行實(shí)地放樣和精度分析。實(shí)踐表明，對(duì)比傳統(tǒng)的全站儀道路曲線放樣，RTK技術(shù)可以明顯提高作業(yè)效率，并能夠滿足工程應(yīng)用的精度需求。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù);道路曲線;放樣

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）25-0108-03

Application of RTK Technology in Linear Engineering Survey

WU Jing

（School of Urban-rural Planning and Architecture， Xuchang University，Xuchang Henan 461000）

Abstract： With the continuous development of new surveying and mapping technology， surveying and mapping field work has become easy， time-saving and labor-saving. This paper mainly studied the application of GPS RTK technology in linear engineering survey， and carried out on-site lofting and accuracy analysis of the designed road curve. Practice shows that RTK technology can significantly improve the efficiency of operation and meet the accuracy requirements of engineering application compared with traditional total station road curve lofting.

Keywords： RTK technology;road curve;lofting

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及城市建設(shè)的不斷加快，工程工期普遍縮短，而這對(duì)道路曲線工程測(cè)量的要求也越來(lái)越高，以至于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)已無(wú)法滿足一些工期較短工程測(cè)量的需求。而RTK技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅能提高測(cè)量精度、縮短施工工期，而且還能降低工程成本，對(duì)公路、鐵路等各種線狀工程測(cè)量工作具有非常重要的意義[1]。

1 RTK測(cè)量技術(shù)

RTK技術(shù)是基于載波相位測(cè)量值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，將載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，能實(shí)時(shí)提供測(cè)站點(diǎn)的厘米級(jí)的三維成果，是全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)展里程中的一個(gè)重大突破[2]。RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、移動(dòng)站、數(shù)據(jù)鏈三部分組成。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈將其載波相位觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站一方面通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，另一方面還要采集GPS衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并且在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，給出厘米級(jí)的定位結(jié)果，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)不到1s[3]。在作業(yè)時(shí)，流動(dòng)站可以處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可安置于運(yùn)動(dòng)載體上，首先要在固定點(diǎn)上進(jìn)行初始化，然后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)作業(yè)，在整周未知數(shù)解固定以后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要可以保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤以及保證接收衛(wèi)星的必要幾何圖形強(qiáng)度，流動(dòng)站就可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。

2 RTK測(cè)量的作業(yè)模式

目前，在實(shí)際應(yīng)用中，常用的RTK模式有三種，分別是電臺(tái)模式、GPRS模式和CORS模式[4]。其中，常規(guī)的電臺(tái)模式需要搭建一個(gè)臨時(shí)的基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站對(duì)所有可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并通過(guò)外掛電臺(tái)傳送信號(hào)給流動(dòng)站，在流動(dòng)端組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，可以獲得厘米級(jí)的定位結(jié)果，這種作業(yè)模式需要頻繁架設(shè)基準(zhǔn)站，并且測(cè)量范圍較小，通常為方圓5km2[5]。而GPRS模式的工作原理與常規(guī)電臺(tái)模式類似，只是數(shù)據(jù)通信方式不同，這種作業(yè)模式是利用GSM、GPRS/CDMA的移動(dòng)通信方式進(jìn)行播發(fā)信號(hào)的，同樣流動(dòng)站也是以相應(yīng)方式接收差分?jǐn)?shù)據(jù)。相比傳統(tǒng)電臺(tái)模式，其儀器配置設(shè)備較為簡(jiǎn)單、攜帶方便，而且增大了作業(yè)距離范圍，一般可達(dá)到10～15km。但是，其缺點(diǎn)也較為明顯，由于數(shù)據(jù)通信鏈采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，因此其數(shù)據(jù)穩(wěn)定性受網(wǎng)絡(luò)覆蓋度的影響較大。第三種模式是CORS模式，也稱網(wǎng)絡(luò)RTK。網(wǎng)絡(luò)RTK有多個(gè)基準(zhǔn)站，作業(yè)人員無(wú)需自己架設(shè)基準(zhǔn)站，用戶與基準(zhǔn)站的距離可以擴(kuò)展到上百千米。其改變了傳統(tǒng)的RTK作業(yè)方式，有效擴(kuò)大了工作范圍，可實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)厘米級(jí)、精度均勻的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位[6]。

3 道路工程測(cè)量應(yīng)用實(shí)例分析

通常情況下，在修建管道工程如公路、鐵路等，設(shè)計(jì)線路會(huì)根據(jù)需求發(fā)生變化，即一個(gè)方向轉(zhuǎn)到另一個(gè)方向，隨后用曲線連接起來(lái)形成道路曲線。本次測(cè)量任務(wù)對(duì)道路曲線中線進(jìn)行實(shí)地放樣，首先利用RTK對(duì)設(shè)計(jì)好的道路曲線進(jìn)行放樣，隨后用全站儀對(duì)放樣點(diǎn)位進(jìn)行精度檢核，并通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證RTK放樣點(diǎn)位是否滿足工程精度需求。

3.1 道路曲線方案設(shè)計(jì)與點(diǎn)位放樣

本次試驗(yàn)區(qū)域選擇在許昌學(xué)院靜廬東田徑場(chǎng)。打開CASS軟件，導(dǎo)入許昌學(xué)院地形圖，測(cè)量得到田徑場(chǎng)寬94.4m，長(zhǎng)178.7m，根據(jù)場(chǎng)地大小設(shè)計(jì)出放樣的曲線半徑為50m，偏角為79°27′56″。

第一，利用CASS軟件工具做出兩條半徑的切線，相交于一點(diǎn)JD，設(shè)其里程為K3+100.00m。

第二，利用CASS軟件標(biāo)注工具欄，標(biāo)記出各主點(diǎn)的位置，分別標(biāo)注為ZY，QZ，YZ。

第三，將[R]和[α]帶入以下公式可以計(jì)算出切線長(zhǎng)[T]、曲線長(zhǎng)[L]、外矢距[E]和切曲差[D]。

[T=Rtanα2L=Rαπ180° E=Rcosα2-RD=2T-L]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

通過(guò)計(jì)算可以得出曲線的放樣數(shù)據(jù)，如表1所示。

第四，將交點(diǎn)里程和曲線測(cè)設(shè)元素帶入公式（2）計(jì)算出曲線主點(diǎn)里程。

[ZY點(diǎn)里程=JD點(diǎn)里程-TYZ點(diǎn)里程=ZY點(diǎn)里程+L QZ點(diǎn)里程=YZ點(diǎn)里程-L2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

經(jīng)計(jì)算可得到ZY點(diǎn)里程為K3+58.441m，YZ點(diǎn)里程為K3+127.788m，QZ點(diǎn)里程為K3+93.1 145m。

第五，檢驗(yàn)各主點(diǎn)里程設(shè)計(jì)是否正確，再利用整樁號(hào)法計(jì)算出所有細(xì)部點(diǎn)里程。打開CASS軟件，在CASS軟件上依次得到曲線上所有其他細(xì)部點(diǎn)里程坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

第六，根據(jù)弧長(zhǎng)求得角度，可以設(shè)計(jì)出放樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度，在CASS軟件中選擇半徑，選擇復(fù)制旋轉(zhuǎn)，得到角度旋轉(zhuǎn)和圓弧的交點(diǎn)就是放樣點(diǎn)的位置。

第七，將設(shè)計(jì)好的細(xì)部點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入RTK電子手簿，選擇RTK手簿中的點(diǎn)位放樣功能，從預(yù)先上傳的文件中選擇待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)儀器提示方向放樣點(diǎn)位，即將到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位時(shí)，屏幕會(huì)有一個(gè)圓圈出現(xiàn)，指示放樣點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的接近程度，精確移動(dòng)RTK，使得[ΔX]和△[ΔY]小于放樣精度要求，按照提示確定目標(biāo)點(diǎn)位置，釘木樁，精確投測(cè)小釘。其圓曲線放樣設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

3.2 圓曲線放樣的精度分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證RTK放樣點(diǎn)精度，同時(shí)使用常規(guī)測(cè)量?jī)x器全站儀，采用極坐標(biāo)法放樣相同的點(diǎn)位坐標(biāo)，并對(duì)兩組數(shù)據(jù)得到的點(diǎn)位誤差進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算其中誤差。表2為此次圓曲線放樣精度的對(duì)比數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)點(diǎn)的RTK放樣坐標(biāo)用[X]、[Y]表示，全站儀測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)用[X′]、[Y′]表示。

3.3 結(jié)果分析

對(duì)比放樣和測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，兩種方法的橫向及縱向誤差均在厘米級(jí)，其中最大為2.9cm，最小為0.9cm，中誤差為1.9cm，均在±5cm范圍之內(nèi)，完全滿足工程測(cè)量的需求。

由此可見，RTK測(cè)量點(diǎn)位精度均勻，具有顯著的實(shí)時(shí)、快捷等優(yōu)點(diǎn)。但由于RTK確定整周模糊度的置信度通常為95%～99%，不能保證達(dá)到100%可靠，并且在作業(yè)中也缺乏檢核條件，所以個(gè)別點(diǎn)位可能會(huì)出現(xiàn)粗差現(xiàn)象，因此必須保證在作業(yè)中對(duì)成果進(jìn)行適當(dāng)復(fù)核，即在同一點(diǎn)位上待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，進(jìn)行多次初始化對(duì)比，取其均值作為結(jié)果，或者采用多時(shí)段觀測(cè)法對(duì)同一點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)比其結(jié)果。

4 結(jié)論

在進(jìn)行道路曲線放樣時(shí)，一般方法是根據(jù)曲線要素先放樣出曲線主點(diǎn)的位置，再依次放樣出其他曲線細(xì)部點(diǎn)位置。由于利用常規(guī)儀器進(jìn)行主點(diǎn)測(cè)設(shè)時(shí)要頻繁地搬遷站，不僅操作步驟煩瑣，而且放樣細(xì)部點(diǎn)時(shí)是依據(jù)已放樣出的主點(diǎn)位置，這樣容易造成誤差的累積。而利用RTK進(jìn)行道路曲線放樣不僅測(cè)量精度高，滿足工程施工的應(yīng)用需求，而且速度快、效率高，只需將樁點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入RTK電子手簿中，就會(huì)自動(dòng)定出放樣點(diǎn)位，操作過(guò)程方便快捷，不僅大大減輕了外業(yè)工作的勞動(dòng)量，而且各個(gè)放樣點(diǎn)位之間相互獨(dú)立，無(wú)誤差積累。

目前，RTK技術(shù)已廣泛應(yīng)用于道路的勘測(cè)、施工放樣和后期的公路養(yǎng)護(hù)及管理等方面。相信隨著GNSS接收機(jī)性能的逐步提升，改善其頻標(biāo)的穩(wěn)定性、降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)、增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)健性，其測(cè)量精度將會(huì)得到進(jìn)一步提高，到那時(shí)，RTK技術(shù)將在工程放樣及其他領(lǐng)域得到更加廣闊的應(yīng)用。

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