文/焦吉文 河北省第三測繪院 河北石家莊 050031
武斌 河北省第一測繪院 河北石家莊 050031
與靜態(tài)GPS 定位測量技術(shù)相比,RTK 測量技術(shù)是一種實(shí)時(shí)動態(tài)測量技術(shù),該技術(shù)以載波相位技術(shù)為基礎(chǔ),通過對測站相位的差分處理以及坐標(biāo)解算來實(shí)現(xiàn)高精度的定位測量。由于RTK 測量技術(shù)能夠在外業(yè)測量過程中直接完成數(shù)據(jù)解算,且定位精度能夠達(dá)到厘米級,不僅加大的提高了工程測量的效率,而且也使定位測量精度得到了明顯的提升,更好的滿足了工程竣工測量的實(shí)際要求。因此,在工程竣工測量工作中應(yīng)加強(qiáng)對RTK 技術(shù)的研究,充分理解RTK 技術(shù)特點(diǎn),準(zhǔn)確把握RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中的優(yōu)缺點(diǎn),并結(jié)合工程竣工測量的實(shí)際情況采取有效措施充分發(fā)揮RTK 技術(shù)優(yōu)勢,科學(xué)規(guī)避其技術(shù)限制,從而推動我國工程竣工測量技術(shù)水平的提升。
工程竣工測量指的是在工程項(xiàng)目施工完成后,應(yīng)對工程平面以及高程進(jìn)行測量,以準(zhǔn)確掌握工程項(xiàng)目的實(shí)際占地面積、基底面積等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息,并要對工程高度進(jìn)行驗(yàn)收,同時(shí)還應(yīng)根據(jù)測量數(shù)據(jù)完成工程項(xiàng)目平面總圖的繪制,并測定工程相關(guān)配套設(shè)施的高程數(shù)據(jù)等,從而為工程竣工驗(yàn)收提供可靠的參考數(shù)據(jù)[1]。在工程竣工測量工作中,為保證測量精度,避免坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差等問題,應(yīng)在測圖中采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和比例尺進(jìn)行測繪,且應(yīng)確保測量數(shù)據(jù)能夠符合工程項(xiàng)目所在地區(qū)的地理信息標(biāo)準(zhǔn)要求。在完成工程竣工測量后,應(yīng)詳細(xì)記錄測量數(shù)據(jù),并做好測量數(shù)據(jù)的存檔工作。
RTK 技術(shù)也就是載波相位差分技術(shù),這是一種動態(tài)實(shí)時(shí)測量技術(shù)[2]。以載波相位觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行基準(zhǔn)站的設(shè)置,并利用流動站接收由數(shù)據(jù)鏈所傳輸?shù)娜S坐標(biāo)數(shù)據(jù)和測點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分。流動站在啟動后首先要進(jìn)行初始化,接收基準(zhǔn)站所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。同時(shí),流動站自動完成觀測數(shù)據(jù)的采集,存儲以及數(shù)據(jù)處理工作,利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理方式完成定位測量。其定位測量精度已經(jīng)能夠達(dá)到厘米級水平,從而可以為工程竣工測量工作提供更加精確的數(shù)據(jù)依據(jù)。RTK 技術(shù)工作原理可參見圖1所示。
圖1 RTK 技術(shù)工作原理示意圖
RTK 技術(shù)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)為WGS84 數(shù)據(jù),工程測量數(shù)據(jù)成果一般采用地方坐標(biāo)系或國家坐標(biāo)系成果,其平面坐標(biāo)和高程計(jì)算方法如下:
選取控制點(diǎn)周邊或覆蓋整個(gè)工程項(xiàng)目3 個(gè)以上等級控制點(diǎn)的WGS84 大地坐標(biāo)成果(B、L、H)和平面直角坐標(biāo)以及85 水準(zhǔn)高程成果(X、Y、h),采用外業(yè)點(diǎn)校正或內(nèi)業(yè)求解的方法計(jì)算測區(qū)轉(zhuǎn)換七參數(shù),七參數(shù)的計(jì)算結(jié)果應(yīng)進(jìn)行評價(jià),要求七參數(shù)計(jì)算最大殘差在水平方向上小于0.02m,垂直方向上小于0.03m。通過設(shè)置于GNSS接收機(jī)的“七參數(shù)”,直接獲取采集點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)和高程成果。
在高程求解中,參與高程擬合處理的水準(zhǔn)點(diǎn)受地形特點(diǎn)、分布情況和水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量等因素都會對擬合精度產(chǎn)生不同程度的影響。受此限制,當(dāng)測區(qū)地勢的起伏較為明顯時(shí),就會導(dǎo)致GPS 擬合高程測量的精度下降。因此要在工程竣工測量工作中應(yīng)用RTK 技術(shù)時(shí),工作人員需要首先合理選擇測區(qū)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)位置以及水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量,并要對水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行定期觀測,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)高程異常,從而采取相應(yīng)的修正措施,這一才能進(jìn)一步提高GPS 擬合的高程測量精度。
(1)能夠有效提高測量效率
在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)能夠極大的提高測量效率。在一般地勢條件下應(yīng)用RTK 技術(shù)開展工程竣工測量工程時(shí),只需保證設(shè)站科學(xué)合理,就能夠在短時(shí)間內(nèi)一次性完成5km 作業(yè)半徑范圍內(nèi)的工程竣工測量任務(wù)。與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比,應(yīng)用RTK 技術(shù)能夠有效減少控制點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量,且不需要多次架設(shè)儀器設(shè)備,不僅極大的提高了測量的效率,縮短了工程竣工測量的周期,而且明顯減輕了測量人員的工作強(qiáng)度,只需一名測量人員就能夠完成大量測量作業(yè),并能夠在幾秒鐘內(nèi)完成測點(diǎn)坐標(biāo)解算等工作。因此RTK技術(shù)在提高工程竣工測量效率方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
(2)能夠有效提高測量精度
在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)定位測量精度得到明顯提高。目前RTK 設(shè)備的有效測量半徑一般在5km 左右,在此范圍內(nèi)能夠通過一次設(shè)站快速準(zhǔn)確的完成工程竣工測量工作,由于RTK 技術(shù)采用的是載波相位差分實(shí)時(shí)動態(tài)測量方式,平面和高程測量精度均能夠達(dá)到厘米級水平,極大的提高了工程竣工測量的精度[3]。同時(shí),RTK 技術(shù)具有較高的自動化水平,其流動站能夠在接收GPS 衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)自動完成對測點(diǎn)坐標(biāo)的解算工作,不僅數(shù)據(jù)處理效率高,而且減少了人為因素對工程竣工測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響,進(jìn)一步提高了工程竣工測量的精度。
(3)能夠有效提高測量技術(shù)適應(yīng)性
應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí),對測點(diǎn)與測站之間的光學(xué)通視條件不做規(guī)定,不受通視條件限制時(shí)就能夠正常開展工程竣工測量工作,與全站儀等傳統(tǒng)測量技術(shù)方法相比,其技術(shù)適應(yīng)性更好,因此能夠更好的滿足多種工況條件下的工程竣工測量工作要求。同時(shí),工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)還可以減少季節(jié)性因素以及氣候條件變化對正常施測工作的影響,這主要得益于于RTK技術(shù)在環(huán)境以及氣候適應(yīng)性方面的突出優(yōu)勢。RTK 技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn),使該技術(shù)在工程竣工測量工作中具有較高的實(shí)用價(jià)值和十分廣闊的應(yīng)用前景。
(1)受衛(wèi)星因素的限制
在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)時(shí),由于RTK技術(shù)是以GPS 技術(shù)以及衛(wèi)星為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)動態(tài)測量技術(shù),因此會受到衛(wèi)星位置以及可觀測衛(wèi)星數(shù)量等因素的影響。每個(gè)衛(wèi)星的覆蓋范圍有限,當(dāng)測區(qū)無法觀測5 顆以上的衛(wèi)星時(shí),就難以保證定位測量的精度。同時(shí),衛(wèi)星信號的傳輸還會受到地面遮蔽物的影響,當(dāng)測區(qū)地面環(huán)境較為復(fù)雜有大量遮蔽物存在、周邊地區(qū)有高壓線纜等干擾源或者有大面積水域等存在時(shí),都會對衛(wèi)星信號傳輸造成干擾,進(jìn)而影響RTK 測量的精度和效率。因此為解決RTK技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的這一局限性,工程竣工測量工作人員應(yīng)加強(qiáng)星歷預(yù)報(bào),準(zhǔn)確掌握衛(wèi)星經(jīng)過測區(qū)上空的時(shí)間段,以便合理制定測量工作計(jì)劃,科學(xué)控制施測時(shí)間。此外,如需在衛(wèi)星觀測條件較差的地區(qū)開展工程竣工測量工作時(shí),應(yīng)有機(jī)結(jié)合其他測量技術(shù)方法的應(yīng)用,利用不同測量技術(shù)所獲取的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校,以保證工程竣工測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
(2)受初始化能力的制約
在工程竣工測量工作中,RTK 技術(shù)的應(yīng)用還會受到設(shè)備初始化能力的制約。如在中午時(shí)段應(yīng)用RTK 技術(shù)開展工程竣工測量工作時(shí),大氣電離層對RTK 測量的干擾更為明顯,RTK 測量設(shè)備往往需要較長時(shí)間完成初始化。當(dāng)工況條件較為惡劣時(shí)甚至難以完成初始化處理,嚴(yán)重影響了工程竣工測量工作的正常進(jìn)行。因此,在應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí),工作人員應(yīng)合理選擇施測時(shí)段,一般應(yīng)在每天的11:00 前和15:30 時(shí)后開展測量工作,這樣能夠有效減少大氣電離層對RTK 測量設(shè)備運(yùn)行的影響,提高測量的效率,并為工程竣工測量提供更為精確的測量數(shù)據(jù)。
(3)受周圍環(huán)境條件的影響
在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)時(shí),雖然RTK技術(shù)對通視條件的要求相對較低,但仍需在具有較好環(huán)境條件下才能保證測量的精度和效率。當(dāng)工程項(xiàng)目周圍有密集高層建筑存在或者工程位于叢林以及高山等環(huán)境條件較為復(fù)雜的地區(qū)時(shí),測點(diǎn)的周圍環(huán)境條件往往會受到較大的影響,衛(wèi)星信號極易被遮擋,這會導(dǎo)致在應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí)出現(xiàn)初始化丟失以及失鎖等問題,此時(shí)就需要重新進(jìn)行初始化甚至不再具備RTK 技術(shù)的應(yīng)用條件,不僅會影響工程竣工測量的效率,還應(yīng)導(dǎo)致測量精度下降。因此在觀測環(huán)境條件較差的區(qū)域應(yīng)用GPS RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí),工作人員應(yīng)盡量選擇具有較強(qiáng)初始化能力的RTK 技術(shù)設(shè)備,并結(jié)合其他測量儀器設(shè)備和方法的綜合應(yīng)用,以保證測量的質(zhì)量和效率能夠滿足工程竣工測量要求。
(4)受數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的影響
在應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量工作時(shí),其如在工程項(xiàng)目周邊區(qū)域存在高頻信號源、山脈以及大型構(gòu)筑物時(shí),都會對RTK 數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾,數(shù)據(jù)傳輸過程中的信號強(qiáng)度會發(fā)生明顯衰減現(xiàn)象,這會對工程竣工測量精度產(chǎn)生不利的影響。同時(shí),RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中還會受到測量設(shè)備作業(yè)半徑的限制,當(dāng)作業(yè)半徑較大時(shí),數(shù)據(jù)傳輸誤差也會相應(yīng)的增加。為有效控制該缺點(diǎn)對RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中應(yīng)用的制約,在RTK 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中,工作人員應(yīng)準(zhǔn)確掌握RTK 測量設(shè)備的標(biāo)定作業(yè)半徑,并根據(jù)工程竣工測量作業(yè)范圍合理進(jìn)行作業(yè)段劃分,以便優(yōu)質(zhì)高效的完成工程竣工測量工作。此外,工程竣工測量工作人員也可以采取將基準(zhǔn)站設(shè)置于測區(qū)中央地勢較高處的方式來解決RTK技術(shù)測量半徑問題,從而提高工程竣工測量的質(zhì)量和效率。
(5)受環(huán)境因素的限制
與全站儀等傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比,在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)時(shí),其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性會受到衛(wèi)星條件、測區(qū)無線傳輸能力以及大氣電離層等多種因素的影響,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性和可靠性下降,不僅會影響工程竣工測量的效率,而且還會對工程竣工測量精度產(chǎn)生不利的影響。因此在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)時(shí)應(yīng)合理選擇水平控制點(diǎn)以及高程控制點(diǎn)位置,且應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加控制點(diǎn)布設(shè)數(shù)量,從而使控制點(diǎn)密度加大以便對測量精度進(jìn)行校核,以保證工程竣工測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
(6)受設(shè)備自身的限制
在工程竣工測量工作中,應(yīng)用RTK 技術(shù)時(shí),RTK 測量設(shè)備需要由大容量電池組提供其工作能力,以保證工程竣工測量工作能夠連續(xù)進(jìn)行。而一些復(fù)雜工程項(xiàng)目位于偏遠(yuǎn)地區(qū),不僅竣工測量工作的強(qiáng)度較高,需要長時(shí)間連續(xù)進(jìn)行測量,而且在電力供應(yīng)方面也難以滿足RTK 設(shè)備的正常工作要求,因此RTK 技術(shù)難以適應(yīng)在這些地區(qū)的工程竣工測量的實(shí)際需要,存在明顯的技術(shù)局限性。
在應(yīng)用RTK 技術(shù)開展工程竣工測量工作時(shí),測量人員應(yīng)首先根據(jù)工程施工要求以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等全面收集測區(qū)內(nèi)已知控制點(diǎn)數(shù)據(jù),并要復(fù)測控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù),以保證RTK 測量準(zhǔn)確無誤。然后工作人員應(yīng)結(jié)合測區(qū)的實(shí)際情況選擇測區(qū)范圍內(nèi)選擇無強(qiáng)電磁干擾源存在,對空條件較好且不易產(chǎn)生多路徑誤差問題的控制點(diǎn)位置設(shè)置基準(zhǔn)站。當(dāng)基準(zhǔn)站架設(shè)完畢,各種測量儀器設(shè)備的電纜連接就位且經(jīng)檢查確認(rèn)連接可靠后,工作人員可以將所有測量儀器設(shè)備開機(jī),并以動態(tài)測量模式來進(jìn)行基準(zhǔn)站的設(shè)置。在應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí),如測點(diǎn)和已知控制點(diǎn)的距離較長,可以適當(dāng)增加控制點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量,但要注意控制點(diǎn)間距應(yīng)符合測量規(guī)范要求,并要科學(xué)確定測量精度等級。
工作人員應(yīng)建立一個(gè)新的工程文件,然后在該文件內(nèi)完成投影參數(shù)以及橢球參數(shù)等各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置。在該文件內(nèi)還應(yīng)包括參數(shù)設(shè)置以及測量成果等不同格式的子文件。通常工程項(xiàng)目在建設(shè)中采用的是獨(dú)立的地方坐標(biāo)系,而在工程竣工測量中則需要轉(zhuǎn)換坐標(biāo)參數(shù)。RTK 技術(shù)的坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換主要是通過外業(yè)采集控制點(diǎn)和內(nèi)業(yè)計(jì)算測區(qū)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。例如在某工程竣工測量中應(yīng)用了RTK 技術(shù),且接收機(jī)為天寶5700 型(可參見圖2所示),在其參數(shù)轉(zhuǎn)換中可以利用測量控制器完成參數(shù)的現(xiàn)場觀測和解算。
圖2 天寶GPS RTK 測量設(shè)備
在施測時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行高程監(jiān)測點(diǎn)的選擇,且監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量應(yīng)達(dá)到3 個(gè)以上。然后工作人員應(yīng)將所有監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)輸入到RTK 控制器內(nèi),并進(jìn)行逐點(diǎn)定位觀測,每一測回的觀測時(shí)間應(yīng)達(dá)到5min 以上。在完成對測點(diǎn)的定位測量后,即可利用GPS RTK 控制器在現(xiàn)場完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理。不過這種方式會延長現(xiàn)場施測的時(shí)間。故能觀之人員也可以在完成測點(diǎn)的選擇后,以控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)為基礎(chǔ)測算其當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),之后再通過內(nèi)業(yè)處理方式對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的解算。這種方式那個(gè)有效提高坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算的效率和準(zhǔn)確性。當(dāng)完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算后,工作人員可以據(jù)此檢測各控制的測量數(shù)據(jù),以提高工程竣工測量的精度。
在應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí)應(yīng)注意,由于其測點(diǎn)坐標(biāo)一般采用的是Wgs84 坐標(biāo)系,但是在流動站中應(yīng)將坐標(biāo)現(xiàn)實(shí)為測點(diǎn)的實(shí)時(shí)獨(dú)立地方坐標(biāo)或者國家坐標(biāo)體系中的三維坐標(biāo)值,因此需要對采取點(diǎn)校正處理措施。在點(diǎn)校正處理時(shí),如坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)已知,工作人員可以利用轉(zhuǎn)換七參數(shù)直接向RTK 控制器內(nèi)屬入各項(xiàng)參數(shù),以完成坐標(biāo)體系轉(zhuǎn)換關(guān)系的構(gòu)建。當(dāng)在國家坐標(biāo)體系下進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí),如果基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)、投影方式以及橢球參數(shù)為已知,工作人員可以對坐標(biāo)系統(tǒng)直接進(jìn)行定期,且應(yīng)在RTK 測量中適當(dāng)增加點(diǎn)校正數(shù)量,以防止過大的投影變形對測量數(shù)據(jù)的可靠性產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)未知時(shí),為了能夠以局域坐標(biāo)系等為基礎(chǔ)開展工程竣工測量工作,工作人員應(yīng)在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中選擇點(diǎn)校正方法進(jìn)行處理,且應(yīng)有4 個(gè)以上水準(zhǔn)點(diǎn)參與到高程擬合的點(diǎn)校正中。
在應(yīng)用RTK 技術(shù)進(jìn)行工程竣工測量時(shí),工作人員在通過流動站開展單點(diǎn)測量時(shí)應(yīng)首先在主菜單葉面打開測量圖標(biāo),并將測量方式設(shè)定為RTK模式。在單點(diǎn)測量時(shí)應(yīng)確保流動站參數(shù)設(shè)置處于固定解下,之后才能開始正式施測。在測量過程中應(yīng)結(jié)合工程竣工測量的精度要求、可觀測衛(wèi)星數(shù)量等合理控制每測回的觀測時(shí)間,在完成測量后應(yīng)將觀測數(shù)據(jù)存儲在流動站系統(tǒng)內(nèi)。見圖3
圖3 測量現(xiàn)場
在rtk 測量時(shí),由于受測量的環(huán)境因素、接收衛(wèi)星數(shù)及衛(wèi)星分布因素的影響,測繪時(shí)收斂時(shí)間較長,有時(shí)很難獲取固定解,給測量帶來很大困難。為改善此情況,多數(shù)廠家推出具有傾斜測繪模式的GNSS 接收機(jī),該類設(shè)備是在傳統(tǒng)GNSS 接收機(jī)的基礎(chǔ)上加裝慣導(dǎo)裝置,通過測量天線的空間狀態(tài)和位置計(jì)算跟蹤桿底部的準(zhǔn)確坐標(biāo)。傾斜測量一般應(yīng)用在房屋角點(diǎn)的測量,測繪時(shí)首先對儀器進(jìn)初始化行傾斜測量,確定儀器水平放置的狀態(tài),同時(shí)對儀器傾斜進(jìn)行確認(rèn),初始化完成后開始測繪。該方式減少了房檐及接收機(jī)無法嚴(yán)格放置在墻角帶來的測量誤差,增加了竣工測量的精度。
RTK 技術(shù)的應(yīng)用能夠極大的提高測量的精度和效率,在工程竣工測量工作中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。但是在RTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中也必須注意到其在工程竣工測量中仍存在一些不足之處,限制了RTK技術(shù)在工程竣工測量工程中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此,工程竣工測量工作人員應(yīng)加強(qiáng)對RTK 技術(shù)的研究,不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以充分發(fā)揮RTK 技術(shù)優(yōu)點(diǎn),并采取有效的應(yīng)對措施以減少RTK 技術(shù)缺點(diǎn)對工程竣工測量的影響,從而推動我國工程竣工測量工作的現(xiàn)代化發(fā)展。