千尋位置CORS-RTK在建筑基坑放樣中的應用

董永祥

(安徽理工大學 測繪學院,安徽 淮南 232001)

0 引 言

工程建筑物基坑放樣常規測量方法一般先用全站儀導線測量布設控制點,然后在控制點的基礎上進行建筑物點位的放樣.但是由于導線測量受到控制點密度不足、測站間需要通視等問題困擾[1],耗費人力、時間和資金,隨著科技的進步,人們就選擇了新方法解決這一問題.

隨著全球導航衛星系統(GNSS)的快速發展,GNSS連續運行參考站(CORS)系統得到了迅速的推廣和應用.CORS系統具有多基站、全天候連續運行、效率高、精度高、不存在誤差積累、測站間無需通視等優點,被廣泛應用于控制測量、地形圖測量、地籍測量、房產測量中[2-5].單基站CORS和多基站CORS系統均屬于CORS系統,基于多基站CORS的網絡CORS-RTK已逐漸成為實時動態(RTK)定位發展的主流[6-8].網絡CORS-RTK就是利用連續運行衛星定位基準站的觀測信息,以GNSS網絡體系結構為基礎,建立差分信息解算模型,解算出高精度的差分數據,然后通過無線通信數據鏈將差分數據分發給用戶.網絡CORS-RTK技術與單基站CORS相比,覆蓋范圍更廣、操作簡單、一體化程度高,同時也彌補了以電臺為信號傳播方式的常規RTK的點位精度隨距離的增加而降低的不足,為建筑物點位放樣中已知點位分布差或太遠的情況提出了解決之道[9-11].

千尋位置服務以高精度定位為目標,擁有自己的CORS站和位置服務系統,其中的網絡CORS服務相對于省CORS系統服務除了擁有省CORS系統的優點,特別之處在于覆蓋范圍廣,通用全國,通過北斗地基增強全國網的整合與建設;它的網絡CORS只需一個賬號,就可以在全國范圍內使用;提供全天候不間斷的響應服務[12].

在建筑物基坑放樣中,由于放樣區被圍墻遮擋,使用全站儀無法進行測量,并且控制點位于路中央,架設基站影響交通,且對接收機有影響,針對上述情況,本文以淮南市XXX城三期工程為例,闡述用千尋位置服務中的網絡CORS+RTK的作業模式在基坑放樣中的應用.

1 千尋網絡CORS系統與原理

CORS系統由基準站、數據處理中心、用戶、通信模塊四部分組成.基準站包括GNSS接收機、避雷針、天線、電源;數據中心可以進行數據處理和系統播發控制,通信采用GPRS/CDMA數據傳輸.多基站CORS系統則是把多個固定基準站連接起來,接收的衛星數據發送到數據處理中心,經處理中心處理獲得差分信息,通過移動聯通的GPRS網絡或者CDMA網絡發給流動站用戶,用戶不需要架設基準站,只要用流動站接收機,設置好IP地址和用戶名密碼即可進行測量.千尋網絡CORS是多基站CORS系統,通常采用虛擬參考站技術,主要原理如圖1所示.

首先各基站將檢測到的信息發送至數據中心,其次數據中心對接收機的信息進行調整,建立誤差改正模型,然后各用戶將收到的初始信息傳送至數據中心,由數據中心在用戶的附近建設一個虛擬的參考站,數據中心對該虛擬參考站的信息進行更改后的準確信息傳送給用戶,最后由虛擬基準站和移動站組成的網絡RTK,利用虛擬參考站傳動的信息進行改正,獲得更為準確的位置[10,12-17].

千尋位置是基于北斗衛星系統(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基礎定位數據,利用全國1450個地基增強站及自主研發的定位算法,融合各類定位技術,以互聯網的方式提供一周連續24小時高可用差分播發服務,面向全國31省市范圍的各類終端和應用系統,提供動態厘米級和靜態毫米級定位服務[12].

分別從戰略定位、服務范圍、坐標基準、運維體系方面,千尋位置服務與CORS系統服務的對比如表1所示.

千尋位置服務以CGCS2000為坐標基準,全天候不間斷提供公共服務,進行全國范圍服務;而國土局CORS系統也是以CGCS2000為坐標基準,但是工作時間一周5天,每天8個小時提供所在省市的特殊需求服務.

表1 千尋位置服務與國土局CORS系統服務的對比

千尋位置服務與省市CORS系統服務精度對比為:采用千尋位置服務、湖北CORS、湖南CORS進行測量檢核后的對比分析,表明千尋的CORS與省市CORS差值在厘米級,可以滿足生產工程領域的精度要求[12].

2 千尋位置服務-RTK在基坑放樣中的應用

2.1 工程概況

本次基坑放樣地點位于淮南市某小區,面積2 km2,測區地勢平坦,地勢大體東南高,西北低.測區(如圖2)周圍有四個已知控制點(已知點坐標如表2所示),且四周有鐵皮圍墻,根據已有儀器設備,擬采用千尋CORS-RTK進行建筑物基坑放樣,只需用RTK放樣出待放樣點的平面位置坐標即可,高程選用水準儀測量.

表2 已知點坐標m

表注:出于單位信息保密考慮,坐標前面數據用*代替.

2.2 RTK技術系統的外業放樣

本次作業在不知道當地坐標系的轉換參數的情況下,使用 4個已知點,進行參數求解.完成相應的坐標轉換之后才能進行相應的點位放樣工作.放樣流程圖如圖3所示.

儀器選用測i70兼容北斗的四系統的小型接收機,配備專用SIM卡,初始化時間在5 s以內.手簿中的相關設置為PDOP值小于6,衛星截止高度角大于10°,工作模式設置為網絡CORS,坐標參數系統選用西安80坐標系,投影帶設置為東經117°,3°一帶;投影選高斯投影.

在登錄好網絡CORS后,還要對其精度進行測試,在測區范圍周圍選擇4個已知點,使用實時動態(RTK)方法對其進行測量,將得到的WGS-84坐標轉換為高斯平面坐標,然后利用四參數轉換模型,將其轉換為西安80坐標系下的平面坐標,并與已知點進行比較,檢核結果如表3所示.

表3 精度檢核表

由表3可看出,平面點位中誤差最大值10.32 mm,最小值7.09 mm;控制起算點的精度完全符合《衛星定位城市測量技術規范》CJJTT73-2010平面坐標轉換點位中誤差不大于20 mm的要求,滿足建筑物基坑放樣的精度要求[20].

2.3 點位放樣及精度分析

為了防止誤差超限,影響放樣的精度,每次放樣前都要進行控制點的檢核.當觀測條件不好、或精度超限時重新放樣該點位,流動站作業人員在同一放樣點獨立觀測兩次,當兩次觀測成果較差小于±3 cm,取第二次放樣點位置作為最終結果,才能最終定樁釘釘.本次作業一共放樣37個點,放樣點的偏差統計如表4所示.

表4 放樣點偏差統計

表注:出于單位信息保密考慮,坐標前面數據用*代替.

為了繪圖方便,按照放樣點順序將點位編號對應起來,點位中誤差分布如圖4～5所示.

由表4及圖4、圖5可看出，通過RTK測得37個放樣點平面坐標,97 %的點X方向中誤差在20

mm之內,100 %的Y方向中誤差在20 mm之內,比較集中穩定.從圖5中可以看出點位中誤差小于20 mm的占95%,在20～40 mm占5%,經計算,CORS-RTK方法的測量點位中誤差平均值為8 mm,均滿足國家《衛星定位城市測量技術規范》CJJTT73-2010要求的平面點位中誤差小于70 mm的精度要求,因此本次千尋位置RTK的基坑放樣厘米級定位應用是成功的.

3 結束語

建筑物基坑放樣中采用CORS-RTK方法,千尋位置服務系統,高效方便,效率提高了5倍左右,而且平面點位中誤差95%在2 cm以內,完全滿足國家《衛星定位城市測量技術規范》CJJTT73-2010的平面點位中誤差小于70 mm的要求,省時省力,節約成本,提高了經濟效益,具有明顯的實用價值.