淺談GPS-RTK在災(zāi)后重建中的應(yīng)用

摘 要:介紹了RTK技術(shù)的基本工作原理及特點(diǎn)，闡述了利用RTK作業(yè)時(shí)常用的兩種求解轉(zhuǎn)換參數(shù)方法，實(shí)際應(yīng)用證明RTK技術(shù)在替代傳統(tǒng)測(cè)量方法中的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)對(duì)RTK測(cè)繪成果質(zhì)量檢核的重要性。此外，根據(jù)工程實(shí)踐總結(jié)歸納了RTK技術(shù)在外業(yè)測(cè)量中經(jīng)常遇到的一些問(wèn)題及解決辦法。

關(guān)鍵詞:RTK 整周模糊度 轉(zhuǎn)換參數(shù) 數(shù)據(jù)鏈 收斂

中圖分類(lèi)號(hào):P228文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)11(c)-0079-01

1 概述

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合而構(gòu)成的實(shí)時(shí)定位技術(shù)，主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、觀測(cè)手簿三部分組成，基準(zhǔn)站連續(xù)把觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)及坐標(biāo)處理結(jié)果以電文格式發(fā)射出去，流動(dòng)站則接收并實(shí)時(shí)差分處理基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的載波相位觀測(cè)值，獲取所在點(diǎn)的三維成果信息。利用RTK技術(shù)，能夠滿(mǎn)足快速求得厘米級(jí)整周模糊度固定解的要求。在接收到較多GPS衛(wèi)星信號(hào)及多路徑效應(yīng)影響較小的情況下，RTK在5秒鐘內(nèi)確定整周模糊度固定解的置信度達(dá)到99%以上，在WGS-84下動(dòng)態(tài)測(cè)量平面精度達(dá)到10mm+1PPm，相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法在定位的精度、效率上都得到了極大的提高。

2 求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)方法

在一定區(qū)域內(nèi)使用RTK進(jìn)行工程測(cè)量，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的方法通常有兩種。方法一是使用已有的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)，直接將控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)輸入手簿直接求取轉(zhuǎn)換參數(shù);方法二是在無(wú)WGS-84成果的情況下使用上點(diǎn)采集的方式獲取，具體做法是可任意定點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)直接從手簿中讀取，測(cè)前應(yīng)在測(cè)區(qū)外圍選擇三個(gè)分布均勻的控制點(diǎn)，將流動(dòng)站依次安置于控制點(diǎn)上采集WGS-84坐標(biāo)，然后輸入對(duì)應(yīng)的地方坐標(biāo)求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，每次測(cè)量前總要先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行點(diǎn)校正(WGS-84地心坐標(biāo)與地方坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換)。測(cè)量時(shí)首先應(yīng)以其它已知控制點(diǎn)作為檢核，當(dāng)檢核精度滿(mǎn)足規(guī)范及工程測(cè)量要求時(shí)，方可開(kāi)始正常作業(yè)。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

3.1 工程概況

吉林市A鎮(zhèn)位于吉林市南部區(qū)域，東經(jīng)約126ｏ 30＇，北緯約43ｏ38＇，2010年8月初遭洪水襲擊，鎮(zhèn)區(qū)有許多民宅、農(nóng)田被沖毀，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了較為嚴(yán)重的損失，為了使A鎮(zhèn)的受災(zāi)群眾迅速得到安置，確保受災(zāi)群眾在11月份搬上新居，在市政府抗洪救災(zāi)指揮部委托布署下，我院承擔(dān)了A鎮(zhèn)災(zāi)民安置新區(qū)1:500地形圖及安置樓定位測(cè)繪任務(wù)。

測(cè)區(qū)位于A鎮(zhèn)東側(cè)區(qū)域，地勢(shì)多為平原和丘陵，總測(cè)繪面積約為0.8km2，其中居民地測(cè)繪面積約為0.3km2，平原、丘陵測(cè)繪面積約為0.5km2。在測(cè)圖后需按規(guī)劃坐標(biāo)實(shí)地定位安置樓14棟。

3.2 測(cè)區(qū)可利用資料情況

A鎮(zhèn)2004年1:500地籍調(diào)查圖。

A鎮(zhèn)1980西安坐標(biāo)系成果及點(diǎn)之記，但是沒(méi)有WGS-84三維坐標(biāo)成果。

A鎮(zhèn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)高程成果。

3.3 施測(cè)方法

由于測(cè)繪工作幾乎是所有工程建設(shè)前期必須要進(jìn)行的基礎(chǔ)性工作，只有首先得到詳實(shí)的測(cè)繪資料，接下來(lái)才能開(kāi)展規(guī)劃、施工等工作，因此，我們測(cè)繪人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)立刻展開(kāi)了測(cè)繪工作。

測(cè)圖之前首先要進(jìn)行的是控制測(cè)量工作，災(zāi)區(qū)原有路面上的大多數(shù)控制點(diǎn)都被洪水和於泥覆蓋，很難找到，時(shí)間緊任務(wù)重，由于沒(méi)有WGS-84三維坐標(biāo)成果，通常采用方法一在測(cè)區(qū)周?chē)炔荚O(shè)至少4個(gè)控制點(diǎn)，利用3個(gè)以上已知控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量后得到WGS-84三維坐標(biāo)成果后求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，本次測(cè)量為節(jié)省時(shí)間提高效率采用方法二任意設(shè)站法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，即任意選擇定點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，從手簿中讀取基準(zhǔn)站W(wǎng)GS-84三維坐標(biāo)成果，用流動(dòng)站分別采集測(cè)區(qū)周?chē)齻€(gè)分布均勻的控制點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)， 輸入對(duì)應(yīng)的地方坐標(biāo)和高程求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，為保證高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，得到穩(wěn)定可靠地?cái)?shù)據(jù)鏈，減少整周模糊度的解算時(shí)間，因此基準(zhǔn)站選擇架設(shè)在了測(cè)區(qū)中間附近地勢(shì)較高的位置.

本次測(cè)繪任務(wù)選用GPS儀器為Ashtech公司生產(chǎn)的Z-MAX雙頻接收機(jī)，在應(yīng)用接收機(jī)采集點(diǎn)時(shí)應(yīng)保證鎖定有效衛(wèi)星數(shù)≥5，PDOP值< 6，在作業(yè)前必須要對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行檢核以評(píng)定采集點(diǎn)精度。為加強(qiáng)檢核本次在作業(yè)前首先用RTK在測(cè)區(qū)周?chē)杉巳齻€(gè)已知點(diǎn)作為檢驗(yàn)點(diǎn)，采集坐標(biāo)成果與原坐標(biāo)成果的坐標(biāo)分量(△x、△y、△z)，通過(guò)比較可以得出檢驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)分量最大值:max︱△x︱≤0.016m，max︱△y︱≤0.019m，max︱△z︱≤0.026m，均滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。

對(duì)居民區(qū)測(cè)繪在2004年地籍圖的基礎(chǔ)上利用RTK做圖根控制點(diǎn)，全站儀碎步采集的方法進(jìn)行。為保證控制點(diǎn)的對(duì)中精度，在采集點(diǎn)前應(yīng)采用帶支架的對(duì)中桿或用三腳架?chē)?yán)格對(duì)中整平，在收斂值達(dá)到規(guī)定要求情況下采集點(diǎn)，然后重置RTK 或重新連接手簿后再采集點(diǎn)一次，比較先后兩次采集點(diǎn)成果，如果較差符合限差要求取兩次平均值作為最終成果，并在全站儀進(jìn)行碎步點(diǎn)采集之前驗(yàn)證測(cè)站和后視兩個(gè)RTK控制點(diǎn)的間距，滿(mǎn)足規(guī)范要求方可施測(cè)。

對(duì)另一部分平地、丘陵測(cè)繪，由于正值夏末秋初時(shí)節(jié)，植被茂密，利用全站儀采集，視線較短，通視效果極差，傳統(tǒng)測(cè)量方法只能通過(guò)機(jī)械工具等打通幾條測(cè)線或者把需要架設(shè)全站儀的位置墊高，以便得到較好的通視條件，不僅耗費(fèi)大量的人力物力，而且也會(huì)耽擱一定的時(shí)間。因此決定利用RTK進(jìn)行地形點(diǎn)的采集，為使RTK作業(yè)人員在過(guò)人高的植被中不迷失方向進(jìn)行有效采集，在作業(yè)前利用計(jì)算機(jī)上安裝的AutoCAD(CAD)繪圖軟件在規(guī)劃測(cè)區(qū)內(nèi)按地形變化狀況及地形圖基本等高距(平坦地區(qū)可適當(dāng)放寬)布設(shè)測(cè)線，在CAD上拾取每條測(cè)線上兩端點(diǎn)坐標(biāo)并輸入RTK手簿(PDA)中然后建立線文件，利用PDA 中放樣線功能，可保證作業(yè)人員基本不偏移測(cè)線方向采集地形點(diǎn)。在用RTK采集地物地貌點(diǎn)時(shí)，在點(diǎn)號(hào)前加代碼，如溝渠用G1、G2．．．．．．表示;陡坎用K1、K2．．．．．．表示;電桿用D1、D2．．．．．．表示，這樣從PDA輸出數(shù)據(jù)經(jīng)編輯后在CAD上展點(diǎn)就可直接用符號(hào)繪出。

在安置樓外墻角點(diǎn)的定位時(shí)，由于施工現(xiàn)場(chǎng)車(chē)多人多，應(yīng)用全站儀放樣視線受阻嚴(yán)重，因此，也采用RTK放樣點(diǎn)，全部施放完成后再利用RTK重新采集所有放樣點(diǎn)進(jìn)行比較檢核，經(jīng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位誤差均小于0.028m，完全能夠滿(mǎn)足施工放樣測(cè)量要求。

3.4 RTK技術(shù)作業(yè)的特點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方案

RTK在圖根控制點(diǎn)的布設(shè)，地形點(diǎn)采集，工程放樣等領(lǐng)域的應(yīng)用，有著傳統(tǒng)測(cè)量方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，布設(shè)控制點(diǎn)快速、靈活而且和已知點(diǎn)無(wú)需通視，采集和放樣點(diǎn)沒(méi)有誤差累計(jì)。使用RTK一個(gè)人即可進(jìn)行流動(dòng)站的操作，一臺(tái)基準(zhǔn)站可以同時(shí)和多臺(tái)流動(dòng)站配合使用，不僅節(jié)省人力，還極大的提高效率。但應(yīng)用RTK技術(shù)在測(cè)繪中也不免受到一些問(wèn)題的困擾，比如遮擋、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、太陽(yáng)黑子及超遠(yuǎn)距離、多路徑效應(yīng)等因素都對(duì)測(cè)量質(zhì)量有一定的影響，甚至無(wú)法測(cè)量。特別是在市區(qū)由于高大建筑物和電力及通信磁場(chǎng)的干擾數(shù)據(jù)鏈容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)初始化或整周模糊度解算。長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法得到固定雙差解，因此，基準(zhǔn)站應(yīng)選擇架設(shè)在視空沒(méi)有障礙物遮擋的地勢(shì)較高的位置，遠(yuǎn)離高壓線，大功率發(fā)射塔200m以上，遠(yuǎn)離大面積水域及大面積強(qiáng)反射的裝飾材料附近，盡量縮短基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的距離，確保數(shù)據(jù)鏈傳輸穩(wěn)定，增加多余觀測(cè)，加強(qiáng)對(duì)測(cè)繪成果檢核等手段來(lái)減弱和消除對(duì)RTK測(cè)繪成果質(zhì)量的影響。