摘要:本文分析了rtk 测量的原理和特点, 即gpsrtk 测量的误差、调整模糊值、数据链和坐标系统, 同时也是rtk 测量的四个重要元素, 是实际测量工作中必须注意的地方，笔者基于长期的工程经验,探讨了rtk 在工程测量中的具体应用方法。
关键词:工程测量； gps rtk；基准站；测区转换参数
1 实时差分gps 测量技术
差分gps 是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态测量技术,也称载波相位差分技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分gps 测量技术,它是gps 测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是,在基准站上安置一台gps 接收机,对所有可见gps 卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在流动站上,gps 接收机在接收gps卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。实时动态定位测量系统的构成实时动态定位测量系统主要由以下三部分构成:
(1)卫星信号接收系统在实时动态定位测量系统中。应至少包含两台gps 接收机,分别安置在基准站和流动站上。当基准站同时为多用户服务时,应采用双频gps 接收机,其采样率与流动站采样率最高的相一致;
(2)数据传输系统。由基准站的数据发射装置与流动站数据接收装置组成,它是实现实时动态测量的关键性设备。其稳定性依赖于高频数据传输设备的可靠性与抗干扰性。为了保证足够的数据传输距离及信号强度,一般在基准站还需要附加功率放大设备;
(3)软件解算系统。实时动态定位测量的软件解算系统对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠性,具有决定性的作用。在具体外业测量中,可以根据精度要求的不同,选用静态差分定位,快速静态差分定位,动态差分定位或实时动态差分等不同的作业模式。
①快速静态测量。gps 接收机在每一用户站上进行静止观测。在观测过程中,连同接收到的基准站的同步观测数据,实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标。采用这种模式作业时,接收机可以不必保持对gps 卫星的连续跟踪,定位精度可达1cm-2cm。
② 动态测量。动态测量模式, 一般需首先在某一起始点上, 静止地观测数分钟, 以便进行初始化工作。之后,运动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测, 并连同基准站的同步观测数据, 实时地确定采样点的空间位置。
2 工程测量的作业流程
2.1 内业准备
在实施rtk 外业测量前, 应事先收集测区的小比例尺地形图,必要时进行野外踏勘, 根据城市测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几方面的内容:
(1)根据工程项目,设定工程名称;
(2)若已知坐标转换参数,则输人手簿;
(3)若无坐标转换参数,应整理测区的已知控制点资料,控制点应尽可能均匀分布在测区周围, 使得所测点均在已知点的包围之内,尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合gps 作业的要求;
(4)实施工程放样时,内业输人每个放样点的设计坐标,以便野外实时、准确放样。
2.2 求定测区转换参数
城市测量是在地方独立坐标系上进行的, 这就存在wgs-84 坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。由于rtk 作业要求实时给出当地坐标,这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要,求定测区转换参数可按如下步骤进行: 首先在测区以gps 静态方式布设均匀分布的高等级gps 控制点, 获得各点的wgs-84 坐标和地方坐标系下的坐标,利用同一点的两种坐标求出转换参数。
2.3 基准站的选定原则
数据传输系统由基准站发射电台和流动站接收电台组成, 它们是实时动态测量的关键设备。稳定可靠的数据链是动态初始化的前提。保持高质量的数据传输,可以减少整周模糊度的解算时间,大大提高主作效率,所以基准站的安置是顺利实施rtk 作业的关键之一,基准站安置应满足下列条件:
(1)基准站可设立在有精确坐标的已知点上,也可设在未知点上;
(2)基准站安置应选择地势较高、视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方,城市测量首选测区高大建筑物上;
(3)为防止数据链的丢失和多路径效应,基准站周围应无gps 信号反射物,200m 范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源;
(4) 考虑到南北极附近是卫星的空洞区, 电台的天线应架设在gps 接收机的北方。
2.4rtk 施测步骤
野外作业时,基准站安置在选定的控制点上,打开接收机输人点号、天线高、wgs-84 的已知坐标;设置完毕检查接收的gps 卫星数5颗。检查电台发射指示灯是否正常,基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率,检查电台接收指示灯是否正常,检查接收卫星颗数4 颗,流动站可开始测量任务。先联测1 个~2 个已知控制点, 评定测量精度, 满足设计要求后开始测量任务。实时动态rtk 数据处理相对简单, 外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统,直接下载到计算机内。经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。
3 rtk 实测中注意的问题及对策
rtk 技术在城市测量中有广阔的应用前景, 但是由于城市特殊的环境, 存在诸多的不利于rtk 作业的因素, 诸如强大的无线电网络、高大的建筑物、繁忙的交通等。在大量的实践应用中,我们发现了测量过程中的许多问题,经过认真的分析,主要有以下几方面原因:
(1) 由于实时动态rtk 的测量与卫星分布以及数据链的性能有关,而且各观测值都是独立观测的,所以应在开始观测前联测其他已知点进行对比,以确定基准站和流动站各参数设置是否正确,以及数据链通讯是否正常。在观测一段时间或仪器失锁以及观测结束前都进行这一检测,这样可以有效地判断仪器是否处于正常状态,从而确保观测成果的可靠性;
(2)为提高观测成果的精度,流动站宜采用带支架的对中杆,这样流动站天线稳定性好、对中整平误差小,同时在采集数据时应等待数据跳动变化在设计要求实时采集;
(3)rtk 作业时,有时会出现数据链不稳定的现象。可能是由于流动站附近存在与电台频率相同的外界无线电,干扰了数据的传输。这时应通知基准站测量人员重新选择电台发射频率, 流动站也重新选择接收频率;也可能是电台的电量不足,应及时充电;
(4)在rtk 测量过程中,有时会出现在某个区域或一个时间段里,解算时间较长甚至无法获取固定双差解的情况。这可能是由于周围存在如反射性强的建筑物、水面、临时停车等反射物引起多路径现象,可选择复位后重新观测记录;也可能没有足够的卫星可用或卫星分布不利,可选择适当提高截止高度角或删星;
(5)在房屋密集区域,或在林木茂盛的地方,由于天空通视条件的限制,rtk 无法确定其坐标位置,应采用常规测量方法。
4 工程测量应用实例
4.1 测区概况
某工业园是某市规划建设的新区之一, 是今后几年某市城市基础建设的重点地区。该测区地势相对平缓,高大建筑物较少,对视空影响不大。除个别地方外对rtk 作业无大的影响。
4.2 确定转换参数
为保证转换参数的精度, 共加进5 个高等级gps 控制点(a,b,c,d,e),通过多种点的匹配方案,选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数见表1。
表1 基准站安置在c 点的残差结果(单位:m)
表2 重复测量同一控制点的坐标较差(单位:m)
表3 相邻观测点间全站仪实测和rtk 实测距离较差(单位:m)
5 总结
rtk 实时动态测量技术是继gps 全球定位技术之后, 测量领域又一次技术革命。它改变了传统的测量模式,能够实时提供厘米级定位精度,在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于城市测量中,rtk 能够快速准确的布设导线网, 弥补由于城市日星月异的发展造成的低等级导线点的毁坏, 减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。随着rtk 技术的日趋成熟,必将更好地服务于城市测量。