測量放線中全站儀與GPS-RTK組合法的應(yīng)用探討

張堅(jiān)

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 511450）

0 引言

以某地管廊放線測量工程為例，為確保項(xiàng)目按照計(jì)劃有序進(jìn)行實(shí)施，本項(xiàng)目擬安排20人參與工程規(guī)劃放線測量項(xiàng)目，其中，4人負(fù)責(zé)開展項(xiàng)目的測前準(zhǔn)備，包括實(shí)地踏勘、危險(xiǎn)源調(diào)查、資料搜集、控制測量方案設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備檢驗(yàn)、工期、質(zhì)量策劃等；12人負(fù)責(zé)外業(yè)控制測量、管廊放線測量、成果處理等；4人為檢查員，負(fù)責(zé)內(nèi)、外業(yè)檢查；隊(duì)長（或隊(duì)總工）進(jìn)行隊(duì)級審查、驗(yàn)收。

本項(xiàng)目設(shè)立管線放線測量準(zhǔn)備組、管廊區(qū)域放線測圖組、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢查組，管線放線測量準(zhǔn)備組完成管廊設(shè)計(jì)坐標(biāo)獲取、管廊放線坐標(biāo)成果表，管廊區(qū)域放線測圖組負(fù)責(zé)基于原有地形數(shù)據(jù)的地形圖修測、平面控制點(diǎn)采集、管廊放線測量；外業(yè)放樁數(shù)據(jù)檢查，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢查組負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)檢查及放線成果圖表入庫，項(xiàng)目組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目組織架構(gòu)

1 GPS-RTK技術(shù)的工作流程分析

GPS-RTK技術(shù)主要由參考站、移動站和數(shù)據(jù)鏈組成，具體如下：①參考站：參考站通常位于已知點(diǎn)，GPS接收器通過底座支架精確定位，接收器通過無線數(shù)據(jù)鏈路或GSM電話連續(xù)采集數(shù)據(jù)，并將其實(shí)時傳輸?shù)揭苿优_。②移動臺：移動臺的GPS接收器位于測桿頂部，接收天線嚴(yán)格在點(diǎn)上方，用戶界面以電子手冊為主，觀察者可以看到RTK系統(tǒng)的狀態(tài)，如衛(wèi)星數(shù)量、固定模糊值、坐標(biāo)質(zhì)量等。內(nèi)置專業(yè)軟件，可求解、設(shè)置、觀察、放樣、保存參數(shù)，以及存儲坐標(biāo)等參數(shù)。③數(shù)據(jù)鏈路：數(shù)據(jù)鏈路包括天線、電纜、調(diào)制解調(diào)器、無線電、移動通信等綜合設(shè)備，UHF無線電信號傳輸一般可以在10km以內(nèi)使用，成熟的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸距離，用戶可以通過手機(jī)卡上網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，尤其是在城市、山區(qū)等無線信號容易受阻的復(fù)雜區(qū)域[1]。

GPS-RTK技術(shù)有三個步驟。首先是收集環(huán)境信息和基線數(shù)據(jù)。其次是確定坐標(biāo)變換參數(shù)，并且GPS-RTK技術(shù)使用WGS84坐標(biāo)系，野外勘探使用的地圖數(shù)據(jù)通常為北京80或西54，因此不同方式使用的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)參數(shù)，否則無法進(jìn)行相關(guān)地圖的疊加。最后是是設(shè)立接種點(diǎn)，為了計(jì)算坐標(biāo)系的變換參數(shù)，這些站點(diǎn)需要更好的地理位置，可以將它們放置在視野更好的特定位置，或者交通便利、地勢較高的位置。

2 全站儀與GPS-RTK組合法應(yīng)用措施

2.1 技術(shù)路線

技術(shù)路線主要思路可分為6個步驟，在劃定管廊放線范圍后，進(jìn)行資料收集、管廊放線設(shè)計(jì)坐標(biāo)提取與校核、地形圖調(diào)取與實(shí)測、管廊坐標(biāo)放線、放線質(zhì)量與地形圖質(zhì)量檢查、放線資料成果整理等工作，具體內(nèi)容如下：劃定管廊放線范圍后收集管廊放線范圍內(nèi)的基礎(chǔ)資料，如地形圖、管線資料等，再根據(jù)管廊放線范圍的基礎(chǔ)資料和要求，提取并檢核管廊放線設(shè)計(jì)坐標(biāo)，計(jì)算樁點(diǎn)距離、線路長度等，其次是進(jìn)行管廊放線控制點(diǎn)測量、地形圖核圖與更新測量以及地下管線物探測量，同時進(jìn)行控制點(diǎn)質(zhì)量檢查。另外還需要進(jìn)行管廊坐標(biāo)實(shí)地放樁并進(jìn)行樁點(diǎn)坐標(biāo)檢查，同時整理地形圖資料數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)、實(shí)地放樁坐標(biāo)點(diǎn)檢查結(jié)果等資料，并進(jìn)行內(nèi)業(yè)成圖處理，生成管廊放線四至圖、地下管廊綜合圖以及坐標(biāo)成果表[2]。圖2為技術(shù)路線詳情。

圖2 技術(shù)路線

2.2 技術(shù)設(shè)計(jì)安排

收集管廊放線測量區(qū)域的基礎(chǔ)資料，如地形圖、物探圖等，了解管廊放線測量區(qū)域的地理位置和情況，同時將放線區(qū)域范圍與我院地形圖疊加，確定放線區(qū)域的具體位置，并輸出打印。同時標(biāo)記所打印的區(qū)域范圍內(nèi)地標(biāo)性建筑，以便外業(yè)人員能更好的找準(zhǔn)放線與測量區(qū)域，最后對已有資料進(jìn)行檢測，滿足要求的數(shù)據(jù)作為本項(xiàng)目的參考資料。

另一方面，項(xiàng)目采用TOPCON全站儀和Trimble接收機(jī)分別進(jìn)行放樁測量以及控制點(diǎn)測量，作業(yè)前，應(yīng)逐項(xiàng)檢查設(shè)備是否正常，檢查電池、接收機(jī)是否連接正常，同時檢查各電池電量情況，確保全站儀電池、GPS接收機(jī)電池電量充足。

另外還需要根據(jù)分區(qū)管廊條形范圍大小，采用條帶均勻布設(shè)法（即在區(qū)域網(wǎng)均勻布設(shè)平面控制點(diǎn)，控制點(diǎn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，布設(shè)在土質(zhì)堅(jiān)硬、穩(wěn)定的位置，以便于保存點(diǎn)的標(biāo)志和安置儀器。控制點(diǎn)應(yīng)至少與一個相鄰控制點(diǎn)通視，采用GCORS-RTK方式，獲取控制點(diǎn)的平面位置與高程，并進(jìn)行檢核。圖3為均勻布設(shè)GPS控制點(diǎn)。

圖3 控制點(diǎn)布設(shè)位置

2.3 管廊放樁測量

管廊放樁測量實(shí)施按照設(shè)備準(zhǔn)備、工程參數(shù)設(shè)置、四參數(shù)計(jì)算、參數(shù)校正、放樁測量、樁點(diǎn)檢查的流程。

在放線作業(yè)之前，架設(shè)好腳架，仔細(xì)檢查各項(xiàng)測量步驟（對中、氣泡居中），確認(rèn)無誤后開機(jī)，再利用手簿新建工程，并檢查工程相關(guān)參數(shù)設(shè)置，并且在控制樁上做參數(shù)校正，并在另一控制樁上進(jìn)行復(fù)核。另一方面選擇RTK手簿中的點(diǎn)位放樣功能，現(xiàn)場輸入或從預(yù)先上傳的文件中選擇待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，儀器會計(jì)算出RTK流動站當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的坐標(biāo)差值（ΔX、ΔY），并提示方向，按提示方向前進(jìn)，即將達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)處時，屏幕會有一個圓圈出現(xiàn)，指示放樣點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的接近程度。精確移動流動站，使得ΔX和ΔY小于放樣精度要求時，釘木樁，然后精確投測小釘，按同樣方法放樣其他各待定點(diǎn)[3]。圖4為管廊放樁測量流程。

圖4 管廊放樁測量流程

2.4 控制測量中的應(yīng)用

GPS技術(shù)是基于獲取衛(wèi)星信號進(jìn)行定位和測量操作，因此對觀測站的能見度要求很低，因此只能結(jié)合監(jiān)測測量參數(shù)以滿足性能標(biāo)準(zhǔn)的要求來實(shí)施。在將GPSRTK技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)測量的過程中，要充分把握很多關(guān)鍵點(diǎn)：首先是為了清晰準(zhǔn)確定位位置，在選擇天文臺時需要將天文臺放置在顯眼的位置，并且周邊環(huán)境要開闊，以免受到障礙物的影響，會降低定位的準(zhǔn)確性。其次是一般來說，周圍的電磁波對衛(wèi)星接收到的信號有一定的干擾，導(dǎo)致定位結(jié)果不準(zhǔn)確，因此在實(shí)地測量時，需要完全抑制周圍電磁波的不利影響如電視塔、微波站等，確保接收信號不受負(fù)面因素的影響，從而獲得準(zhǔn)確的地圖數(shù)據(jù)[4]。

在數(shù)據(jù)采集過程中，需要從GPS-RTK移動臺設(shè)置項(xiàng)目名稱，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)操作文件，選擇與參考站兼容的投影參數(shù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和無線電頻率，啟動RTK操作模式，在距離參考站6~8km處執(zhí)行初始操作并獲取數(shù)據(jù)。運(yùn)行過程中預(yù)先測量備用檢查點(diǎn)，檢查數(shù)據(jù)，重新定位參考站后，將來自不同參考站的兩個相同點(diǎn)連接起來，數(shù)據(jù)排序后，建立關(guān)聯(lián)模型，為數(shù)據(jù)后處理提供良好的基礎(chǔ)。

2.5 數(shù)字化地形圖測量應(yīng)用

在工程測量中，利用RTK技術(shù)和全站儀可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)城市地下管道測量，甚至完成所有相關(guān)的城市測量任務(wù)[5]。其中RTK技術(shù)的優(yōu)勢彌補(bǔ)了全站儀需要普遍可見度的局限性，而全站儀不受衛(wèi)星影響的特性也彌補(bǔ)了RTK受衛(wèi)星影響的局限，尤其是城市地下管線測量，由于地下管線鋪設(shè)復(fù)雜，需要測量大量管線點(diǎn)，現(xiàn)場測量任務(wù)尤為繁重。另外通道點(diǎn)包括線路特征點(diǎn)和附屬設(shè)施（附件）的中心點(diǎn)，可分為明顯通道點(diǎn)和隱藏通道點(diǎn)，它的分布很有特點(diǎn)：在市區(qū)主要分布在車行道和各條道路的人行道上，比較集中，呈條狀；郊區(qū)以輸油、輸水、電信等長距離輸電線路為主，線路單一，距離遠(yuǎn)。考慮到上述情況，如果采用傳統(tǒng)的測量方法，需要在測量區(qū)域沿線布置大量的交叉點(diǎn)，然后使用全站儀進(jìn)行測量[6]。

3 GPS-RTK技術(shù)與全站儀在工程測繪中的應(yīng)用

3.1 前期準(zhǔn)備作業(yè)

技術(shù)學(xué)習(xí)過程中關(guān)鍵點(diǎn)多，各種操作過程極其復(fù)雜。目前為了獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，需要深化GPS-RTK與全站儀技術(shù)的結(jié)合，提前做好準(zhǔn)備，首先制定了標(biāo)準(zhǔn)化的GPS-RTK技術(shù)和全站儀測量流程，相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行各項(xiàng)操作，并按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測量，測量過程包括數(shù)據(jù)收集、初級控制測量、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集和測繪結(jié)果。其次，調(diào)查開始時的動態(tài)調(diào)查，一般來說，調(diào)查工作涉及地理位置、調(diào)查區(qū)的經(jīng)緯度、行政區(qū)劃、地形等多方面的內(nèi)容。根據(jù)基線調(diào)查數(shù)據(jù)制定可靠的調(diào)查計(jì)劃，以保持計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)化。最后，在應(yīng)用GPS-RTK和全站儀技術(shù)的過程中，調(diào)整和完善測繪儀器參數(shù)，設(shè)置平面坐標(biāo)系和控制網(wǎng)絡(luò)的布局[7]。

3.2 具體應(yīng)用

在應(yīng)用GPS-RTK和全站儀技術(shù)的過程中，如果接收到的衛(wèi)星信號質(zhì)量較差，將不利于后續(xù)工作的良好開展，影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對于信號很弱的場地，可以使用全站儀進(jìn)行測量，利用GPS-RTK技術(shù)創(chuàng)建滿足精度要求的低級控制點(diǎn)，然后使用全站儀進(jìn)行區(qū)域測量，解決缺乏的問題GPS-RTK技術(shù)測量過程中地形特征點(diǎn)的信息[8]。

針對管廊角點(diǎn)較多、設(shè)計(jì)坐標(biāo)未明確的問題，做出了適當(dāng)增加管廊放樁點(diǎn)數(shù)，使得放樁點(diǎn)數(shù)剛好能準(zhǔn)確的定位出管廊的形狀以及與埋設(shè)管線的相對位置。同時采用成熟的EPS平臺進(jìn)行變化建筑物線化圖采集與入庫，實(shí)現(xiàn)地形與管線圖疊加，互通有無。

4 結(jié)語

綜上所述，測繪領(lǐng)域的測繪技術(shù)要求非常嚴(yán)格，過去傳統(tǒng)的全站儀測量不達(dá)標(biāo)，隨著時間的推移，GPSRTK逐漸取代了傳統(tǒng)技術(shù)，但是目前的運(yùn)行條件還存在一些不足，主要體現(xiàn)在接收信號的精度不高，映射精度下降等方面，因此為進(jìn)一步提高測繪數(shù)據(jù)的精度，需要深化GPS-RTK與全站儀技術(shù)的結(jié)合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高測繪質(zhì)量，滿足標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測繪要求。