RTK聯合全站儀在機場凈空區障礙物測量中的應用

龔真春，陳胤璇，李燕軍，陳金龍，李相全

(61243部隊,甘肅 蘭州 730020)

RTK聯合全站儀在機場凈空區障礙物測量中的應用

龔真春，陳胤璇，李燕軍，陳金龍，李相全

(61243部隊,甘肅 蘭州 730020)

摘要：機場測量作業環境復雜,單獨使用RTK技術或全站儀作業效率低下,二者配合使用,可實現優勢互補。簡述了RTK技術與全站儀聯合進行凈空區障礙物的測量流程,介紹了特殊情況下的兩種測量方法,對實際觀測數據質量及測量成果精度進行了檢查與評定,以供實際使用參考。

關鍵詞：GPS-RTK;全站儀;機場凈空區;障礙物測量

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.02.020

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：： A

文章編號：： 1008-9268(2015)02-0092-04

收稿日期：2015-01-26

作者簡介

Abstract:The working environment of airfield is complex, RTK technology with Total Station can realize the complementary advantages and overcome the shortage of each, and also it can greatly increase the speed of surveying. A measurement process of cleared area obstacle is briefly described using RTK with Total Station, and introduced two measuring methods under exceptional circumstances. Finally, the real observed data quality and the result accuracy are examined and evaluated. It provides reference for practical use.

0引言

為了保證飛機起飛、著陸和復飛的安全,在機場周圍劃定的限制物體高度的空間區域,這個區域叫做機場凈空區。凈空區障礙物是指在機場凈空范圍內對飛機安全造成潛在危險的人工障礙物和自然障礙物[1]。隨著機場建設規模的擴大以及周邊超高建筑群日益增多,凈空環境日趨惡化,對飛行安全帶來較大影響。另外,現有機場障礙物信息大都采用1954北京坐標系,資料陳舊,精度較低,已不能滿足新型導航模式要求。按照CGCS2000改化要求,重新測量機場凈空區障礙物,對確保飛行安全具有重要意義。

由于受客觀環境以及飛機起飛、降落和機場內通信、導航等無線電設備等的影響,單獨依靠GPS-RTK或全站儀難以對凈空區障礙物進行快速、準確的測量。因此,本文將GPS-RTK技術聯合全站儀在障礙物測量中的應用進行了探討與實踐。

1測量過程分析

1.1　凈空區范圍的確定

凈空區障礙物測量就是要準確地測量出障礙物在凈空區內的位置和高程。機場凈空區由升降帶、端凈空區、側凈空區等3部分組成,如圖1所示。機場凈空區的范圍和規格根據機場等級確定,不同等級、不同區域和不同用途的機場,其障礙物高度凈空都有明確的規定[2]。

圖1　機場凈空區示意圖(二級機場)

確定凈空區范圍后,結合大比例尺地形圖、衛星或航拍影像等資料對凈空區進行詳細調查,確定需要測量的障礙物分布和數量。可先使用手持導航儀采集超高建筑物的概略坐標,再將凈空區和障礙物展繪在大比例尺地形圖上,用于制定詳細測量方案。

1.2　障礙物測量流程

因為機場凈空區內障礙物多為山體、發射塔、高層建筑物等,這些障礙物有些不易到達頂部(如山體),有些不能到達頂部(如高壓線)。因此很難采用GNSS技術來確定它們的平面位置。在實際測量過程中,可采用RTK與全站儀交會法相結合的測量方法來進行障礙物平面位置與高程的測量。

圖2　凈空障礙物測量流程

聯系人： 龔真春 E-mail: 1076695185@qq.com

1) 首級控制網(RTK參考站)測量。采用基于GNSS連續運行基準站的觀測模式進行,控制網點嚴格按規范及工程技術要求進行布設,盡可能均勻分布,便于觀測,且不少于3個。觀測結束后,使用TEQC軟件進行數據質量檢查及數據預處理;基線處理和網平差采用GAMIT/GLOBK軟件進行。

2) 輔助控制點測量。超出RTK參考站覆蓋范圍或RTK流動站無法鎖定衛星信號時,可利用首級控制網點在目標附近至少布設2個互相通視的輔助控制點,采用快速靜態測量模式或RTK測量模式進行加密,以便后續利用全站儀前方交會測量或RTK測量使用[3]。

3) 坐標轉換及正常高計算。障礙物平面坐標建議采用4參數法,一方面可減弱不同高程系統對轉換精度的影響,另一方面可減少CGCS2000坐標與舊資料坐標公共點的個數;正常高計算采用高精度似大地水準面模型內插得到[4]。

2障礙物測量方法

如前所述,障礙物測量包括人工障礙物和自然障礙物測量,特別是人工障礙物通常為機場凈空測量的重點。一般采用RTK技術和全站儀交會測量結合的方法進行,超高障礙物高度采用三角高程方法測量。

1) RTK測量。以首級控制網點或輔助控制點為參考站,流動站與參考站之間的距離不大于10 km.流動站在目標點上分別進行四次初始化,每次采集10個歷元,進行4個測回的觀測,測回間平面坐標互差不大于4 cm,高程互差不大于4 cm,求4測回平均值作為該點成果。

定論已下，我再也沒有力量去為自己說些什么了。這個男人冷漠而又不失禮節的口吻，讓我清楚地意識到，自己的表現已經糟糕得甚至不值得讓他去征求一下皮埃爾先生的意見。

2) 全站儀前方交會測量。為了提高全站儀交會測量的精度和可靠性,布設輔助控制點時要使對目標點的交會角γ大于30°,邊長不得超過600 m.選擇2臺全站儀在2個輔助控制點上分別向目標點測量水平角、垂直角1測回,另外再用全站儀精確測量輔助控制點之間的距離S0,如圖3所示。按照下式計算目標點的坐標和高程。

圖3　前方交會測量

從輔助控制點1推算目標點的坐標:

(1)

從輔助控制點2推算目標點的坐標:

(2)

式中: γ1, γ2為全站儀交會測量的垂直角觀測值;S1,S2為控制點到目標點的平距計算值; α1,α2為輔助點到目標點的坐標方位角。用全站儀測量的輔助點間距與坐標反算的間距比較,可以檢核RTK測量是否有粗差,從不同輔助控制點所推算的目標點坐標差值可以檢核全站儀交會測量是否有粗差[5]。最后取平均值:

(3)

3) 特殊情況處理。為解決部分障礙物下RTK測量無信號問題,可靈活運用組合數學方法,通過簡單計算求出障礙物坐標。常用的有中點法和射線法,實現過程為

中點法:其坐標為AB兩端點的平均值,如圖4所示。

圖4　中點法測量示意圖

等距射線法:其坐標為A乘以2減去B得到,如圖5所示。

圖5　等距射線法測量示意圖

射線法也可采用不等距計算,但計算相對繁瑣。以上兩種方法適用于距離較短區域,在100 m以內精度較高。

3觀測數據及成果分析

根據以上所述作業流程和測量方法,按作業規程要求,對某機場的實際觀測數據、解算成果進行檢查和分析。限于篇幅,僅給出RTK參考站觀測數據質量、部分目標點RTK測量結果和全站儀前方交會測量結果的檢查情況和分析。

1) RTK參考站觀測數據質量檢查情況。采用TEQC質量評定軟件對機場3個RTK參考站CKZ1、CKZ2、CKZ3進行檢查,檢查情況如表1所示。

表1　參考站觀測數據質量檢查

由表1可知,3個參考站的有效觀測數據量都大于80%,MP1的值均小于0.5 m,MP2的值均小于0.75 m;O/slips大于100.綜合分析考慮,說明3個RTK參考站的點位觀測環境較好,數據質量良好。

2) 目標點RTK測量結果檢查情況。RTK測量成果檢核時,采用不同參考站測定坐標互差的方式,且要求點位均勻分布,部分目標點檢查情況如表2所示。

表2　部分目標點RTK測量結果檢查

由表2可知,由不同參考站測定出目標點的坐標互差均小于規定限差5 cm,成果精度符合要求。

3) 全站儀前方交會測量結果。測量結果如表3所示。由表3可知,由不同輔助控制點上交會出目標點的坐標互差符合規范要求:平面5 cm,高程10 cm.

表3　全站儀前方交會測量結果

4結束語

凈空區障礙物測量是機場工程測量的重要組成部分。本文論述了RTK技術聯合全站儀進行障礙物測量的過程和方法,并分析了測量成果精度。實踐應用表明,二者聯合使用能在保證測量精度的條件下,可極大地提高作業效率,有效解決機場測量條件復雜的問題。

參考文獻

[1] 蔡良才.機場規劃設計[M].北京:解放軍出版社,2002.

[2] 周科,種小雷,劉曉軍. 前方交會法在凈空區障礙物測量中的應用及精度分析[J]. 有色金屬(礦山部分),2010,62 (4):71-72.

[3] 中國國家標準化管理委員會.全球定位系統實時動態(RTK)測量技術規范,CH/T2009-2010[M].北京:測繪出版社,2010.

[4] 申絲銘,鄧衛東,崔凱，等.軍用機場障礙物測量方法[J]. 軍事測繪導航,2014(6):30-31.

[5] 付子傲,包歡,彭小剛，等. 應用GPS/GSM與全站儀聯合進行機場凈空區障礙物測量[J].測繪通報,2006(3):38-39.

龔真春(1973-),男,高級工程師,主要從事大地測量和GNSS導航定位方面的研究。

陳胤璇(1981-),男,工程師,主要從事大地測量和工程測量方面的研究。

李燕軍(1973-),男,工程師,主要從事航測和工程測量方面的研究。

陳金龍(1985-),男,工程師,主要從事GNSS導航定位與數據處理方面的研究。

李相全(1970-),男,工程師,主要從事航測和工程測量方面的研究。

The Application of RTK Together with Total Station in Airfield

Cleared Area Obstacle Surveying

GONG Zhenchun,CHEN Yinxuan,LI Yanjun,CHEN Jinlong,LI Xiangquan

(61243Troops,Lanzhou730020,China)

Key words: RTK; total station; airfield cleared area; obstacle surveying