RTK技術(shù)在山區(qū)公路工程測(cè)量中的應(yīng)用

黃羽高

(長(zhǎng)沙市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

1 RTK技術(shù)的的基本原理

RTK是一種實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，他能夠通過(guò)載波相位觀測(cè)量為指定坐標(biāo)系中的三維定位實(shí)時(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)，其結(jié)果甚至能精確到厘米級(jí)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸部分(數(shù)據(jù)鏈，俗稱(chēng)電臺(tái))、GPS信號(hào)接收部分(GPS接收機(jī)及天線)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理部分(GPS控制器及其隨機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件)是RTK測(cè)量系統(tǒng)的三個(gè)組成部分。

將1臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上，再用無(wú)線電傳輸設(shè)備將連續(xù)觀測(cè)所有可見(jiàn)的衛(wèi)星的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸給流動(dòng)站。在流動(dòng)站上，GPS可以利用無(wú)線電接收設(shè)備功能接收基準(zhǔn)站傳輸過(guò)來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)GPS衛(wèi)星發(fā)射出來(lái)的信號(hào)也能如實(shí)地接收，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，非常準(zhǔn)確地計(jì)算并將流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度顯示出來(lái)。

2 工程概況

K公路是K河水電站工程的一個(gè)重要組成部分，但是該地區(qū)的某些公路段在水電站建成使用后就被水淹沒(méi)了。為了改善該地區(qū)的生產(chǎn)條件，必須將該地區(qū)的公路重新進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。

(1)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

本項(xiàng)目一階段施工將勘察、設(shè)計(jì)合同及業(yè)主的委托書(shū)納入到了基礎(chǔ)部分，以現(xiàn)行《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB0l-2003)及有關(guān)勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，K公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為四級(jí)。

(2)控制等級(jí)。

為使控制點(diǎn)合理且便于施工，K公路采用水電站庫(kù)區(qū)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，需要受控的整個(gè)測(cè)區(qū)可以在公路的兩段設(shè)置一個(gè)通視的控制點(diǎn)，中間也同樣設(shè)置一個(gè)通視的控制點(diǎn)，再用靜態(tài)GPS聯(lián)測(cè)引點(diǎn)布置。采用四等水準(zhǔn)進(jìn)行高程控制，并將兩個(gè)點(diǎn)聯(lián)測(cè)。對(duì)總里程14.1km的測(cè)區(qū)測(cè)量時(shí)，則采用1/1000帶狀地形圖，并以公路設(shè)計(jì)中線兩側(cè)各100m為測(cè)圖范圍。將RTK-GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位與全站儀補(bǔ)測(cè)技術(shù)相互結(jié)合完成，作圖則采用CASS成圖軟件。

3 RTK-GPS在山區(qū)公路中的測(cè)量應(yīng)用

采用RTK-GPS定位方式進(jìn)行本工程所要求的高達(dá)厘米的精度定位比較適宜，同時(shí)為滿(mǎn)足項(xiàng)目測(cè)繪工作的精度要求，工程組首先用南方9800RTK-GPS進(jìn)行了測(cè)量，然后又用全站儀進(jìn)行了測(cè)量，兩種測(cè)量結(jié)果對(duì)比后證明南方9800RTK-GPS在本工程的大部分地段都能達(dá)標(biāo)，因此用南方9800RTK-GPS進(jìn)行測(cè)繪和放樣比較適宜。

3.1 打開(kāi)和關(guān)閉PSION采集器

按下On/Esc鍵，PSJON采集器將被打開(kāi)。若原來(lái)是處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，則需靜等片刻后才會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)界面(初始狀態(tài))。

3.2 連接基站設(shè)備

(1)基站的設(shè)備有接收機(jī)主機(jī)、GPS接收天線、控制器、電臺(tái)發(fā)射天線、電池等。

(2)基站設(shè)置

連接好各種設(shè)備后，系統(tǒng)將進(jìn)入“single”狀態(tài)，有5顆以上的衛(wèi)星被鎖定時(shí)，即可點(diǎn)擊進(jìn)入“設(shè)置”菜單，在啟動(dòng)基準(zhǔn)站前，同時(shí)還需設(shè)置默認(rèn)值為1的“差分?jǐn)?shù)據(jù)頻率”和“天線高”，并按要求將基站相關(guān)的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

3.3 定位方法

當(dāng)參數(shù)求得后，在需要定位的點(diǎn)上垂直立上移動(dòng)站的天線，并要求與中桿垂直(對(duì)中桿上的圓水準(zhǔn)氣泡居中)，2s后需要定位點(diǎn)的坐標(biāo)將出現(xiàn)在控制器上，其定位精度級(jí)別精達(dá)厘米。測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)保存時(shí)按Tab鍵完成。

3.4 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件時(shí)，后綴為*.IMG的文件均可用該控制器內(nèi)的駐EPOC操作系統(tǒng)執(zhí)行。當(dāng)控制器處于交互模式下時(shí)輸入NRTK按Enter鍵便可運(yùn)行控制器軟件。在按“Menu”前按一下“Enter”，然后等待片刻后即可進(jìn)入軟件的主界面。

3.5 基準(zhǔn)站設(shè)置

基準(zhǔn)站分RTD和RTK兩種差分模式發(fā)射差分?jǐn)?shù)據(jù)，其發(fā)射間隔一般為1s或2s。在主頁(yè)中，選中“設(shè)置”項(xiàng)后按enter進(jìn)入選中彈出下拉子菜單中相應(yīng)的菜單項(xiàng)，再按Enter進(jìn)入。

3.6 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和道路設(shè)計(jì)

利用晚上時(shí)間，把白天在戶(hù)外采集到的數(shù)據(jù)如實(shí)地輸入到電腦里面，然后用南方CASS7.O成圖系統(tǒng)將數(shù)據(jù)處理成圖，南方CASS7.O成圖系統(tǒng)能很好地解決內(nèi)業(yè)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。最后設(shè)計(jì)部門(mén)接收并設(shè)計(jì)完成大比例尺的地形圖、公路設(shè)計(jì)圖。

完成公路設(shè)計(jì)后，用RTK數(shù)據(jù)格式保存里程坐標(biāo)，通過(guò)PSION采集器接收Psion傳輸軟件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后就可以去放樣了。

4 點(diǎn)位放樣

放樣點(diǎn)位時(shí)，在放樣界面中輸入點(diǎn)號(hào)進(jìn)行放樣前必須先確認(rèn)放樣點(diǎn)號(hào)或者放樣點(diǎn)的位置，然后按Enter選擇“點(diǎn)放樣”，這時(shí)彈出的界面是放樣坐標(biāo)庫(kù)。

首次進(jìn)入坐標(biāo)庫(kù)時(shí)，顯示器的右下角出現(xiàn)一個(gè)“stakout.dbf created”，提示了一個(gè)用stakcout.dbf文件表示的坐標(biāo)庫(kù)系統(tǒng)文件。坐標(biāo)庫(kù)中需要放樣的放樣點(diǎn)被執(zhí)行MENU的stake ot提取到放樣屏幕中。如圖1所示。欲放樣的點(diǎn)由屏幕中央實(shí)心點(diǎn)表示，當(dāng)前GPS的位置則由另外一個(gè)空心點(diǎn)表示。放樣點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)之間折射出的方位角由屏幕頂端“A”處的角度表示，放樣點(diǎn)距離與當(dāng)前點(diǎn)之間的距離由“D”處數(shù)值表示。

圖1 點(diǎn)方樣圖

X方向數(shù)值高的點(diǎn)減去數(shù)值低的點(diǎn)所得的結(jié)果由屏幕下方的dx表示，Y方向數(shù)值高的點(diǎn)減去數(shù)值低的點(diǎn)所得的結(jié)果由dy表示，當(dāng)RTKfixed及初始化成功時(shí)，用當(dāng)前狀態(tài)的Mode放樣出的點(diǎn)的精度非常可靠。在包含dx，dy的可以容納的范圍內(nèi)將GPS天線移動(dòng)，放樣點(diǎn)的平面位置即可顯現(xiàn)出來(lái)。

5 線放樣

線放樣是在控制界面中調(diào)入需要放樣線的兩個(gè)端點(diǎn)，然后把直線放樣到實(shí)地中，其模式與點(diǎn)放樣的形式相似。放樣坐標(biāo)庫(kù)的界面在選擇“線放樣”按Enterr時(shí)主動(dòng)彈出，在執(zhí)行menu菜單的“Line Point start”前后分別選重要放樣的端點(diǎn)，待執(zhí)行menu菜單中的“Line Point Start”后，屏幕中將出現(xiàn)提取的放樣線坐標(biāo)。

放樣線由位于屏幕中間的實(shí)心線表示，其起點(diǎn)由黑點(diǎn)表示，由GPS定位的當(dāng)前流動(dòng)站的位置由空心方格點(diǎn)表示。起點(diǎn)距由所在放樣線平行方向上屏幕頂端距離代表放樣點(diǎn)與放樣起始點(diǎn)之間的距離表示，當(dāng)前流動(dòng)站GPS天線到放樣線的垂直距離由屏幕下端偏離距表示。

本項(xiàng)目測(cè)量放樣的主要目標(biāo)是線狀地物，為檢測(cè)RTK放樣是否符合測(cè)量規(guī)范和誤差要求，放樣時(shí)，在RTK放樣的中線選擇1km，用全站儀進(jìn)行第二次放樣檢查，并把測(cè)出RTK的放樣點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)對(duì)比，給果RTK放樣時(shí)的最高誤差值為-90mm，完全符合30mm以?xún)?nèi)的誤差標(biāo)準(zhǔn)值的要求。其中選擇了1km用全站儀對(duì)RTK放樣的中樁坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測(cè)，可以看出除個(gè)別點(diǎn)位因突出和凹陷的地方所導(dǎo)致的誤差超出標(biāo)準(zhǔn)外，其它各點(diǎn)都能達(dá)到精密度規(guī)范要求，而且精度分布非常均勻。

6 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行公路中線和邊線放樣過(guò)程中，傳統(tǒng)的方法比RTK-GPS技術(shù)復(fù)雜得多。尤其是在山區(qū)進(jìn)行操作，往往十來(lái)個(gè)民工也只能夠清理一套全站儀的線路，且線路中的林木都要砍伐。放樣時(shí)還需指揮棱鏡來(lái)回移動(dòng)，測(cè)量時(shí)，目標(biāo)經(jīng)常受到阻礙。因此效率非常低，人員感覺(jué)很累。但是用RTKGPS放樣時(shí)幾乎可以在叢林中進(jìn)行，每個(gè)農(nóng)民工只要在前面帶路就可以服務(wù)一臺(tái)移動(dòng)站，且效率非常高，精度非常均勻，結(jié)果也非常可靠。

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[3] 黨星海，郭宗河，鄭加柱.工程測(cè)量學(xué)[M].北京:人民交通出版社，2006.