謝宗繁

(廣西南寧水利電力設(shè)計院 南寧 530001)

1 前言

載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù) (Real Time Kinematic),建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上。它能提供觀測點的三維坐標(biāo),達到厘米級的高精度。無棱鏡測繪技術(shù)通過測量激光脈沖的傳播時間,結(jié)合定位姿態(tài)數(shù)據(jù),直接獲取高精度的地面三維坐標(biāo)。隨著測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的單獨采用全站儀測量測圖方法正逐步被GPS-RTK(以下簡稱RTK)和全站儀聯(lián)合進行數(shù)字化測繪地形圖所代替。我們通過云南省綠春縣勐漫河?xùn)|龍水電站工程測量實踐證明,應(yīng)用載波相位差分和無棱鏡測繪技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用,可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補,提高工作效率。

2 載波相位差分原理[1]

載波相位差分原理是由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實時將其載波觀測量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位,并組成相位差分觀測值進行實時處理,能實時給出厘米級的定位結(jié)果。如果基準(zhǔn)站與用戶站同時觀測相同的4顆衛(wèi)星,則有4個聯(lián)立方程,可求解出用戶站的坐標(biāo),如果在一個歷元中觀測4顆衛(wèi)星,就可以求解出用戶站的精確坐標(biāo),精度可達到厘米級。

3 無棱鏡測繪技術(shù)[2]

3.1 無棱鏡測量技術(shù)簡介

無棱鏡測量技術(shù)主要運用激光測量技術(shù),利用激光傳輸時間來測量距離的基本原理是通過測量激光往返目標(biāo)所需時間來確定目標(biāo)距離,記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間,即可測定目標(biāo)距離。

3.2 無棱鏡測量技術(shù)的適用條件

據(jù)無棱鏡測量技術(shù)的特點確定其適用范圍,通過實踐發(fā)現(xiàn)無棱鏡測量技術(shù)適用條件為:

(1)適用于通視條件好,反射介質(zhì)好的地方,在反射介質(zhì)較暗,吸光性太強,反射條件不好等地方不宜使用無棱鏡測量。

(2)無棱鏡測量技術(shù)適宜測量反射面裸露的測點高程,如巖石,房屋、公路等視線可及的地形、地物點高程。

(3)無棱鏡測量適用于視線沒有任何障礙的地形地物測量,若中間有障礙物則測量到的是障礙物的坐標(biāo)、高程。如要測400m外的地形點,若在200m的地方有樹葉擋住視線,將測到的是樹葉的坐標(biāo)、高程。

(4)注意不要將激光束射向似鏡表面,以免燒壞感光元器件。

(5)施測過程中不宜通過目鏡觀測標(biāo)的物,以免將眼睛置于激光束中導(dǎo)致受傷。

(6)無棱鏡測量適用于人員難以到達,反射介質(zhì)好的地形地物測量,如懸崖、溪谷、客流大的公路、有劇毒的地物等。

4 兩種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

隨著GPS-RTK定位精度的提高、硬件性能的改善,定位速度比常規(guī)儀器要快得多。它不要站間通視,精度高、作業(yè)快、費用省、應(yīng)用靈活。以無棱鏡測量、自動目標(biāo)識別、自動跟蹤全站儀等新技術(shù)潮流為代表的測繪新技術(shù)因其數(shù)據(jù)采集自動化程度高、大大釋放勞動力等優(yōu)勢,使工作得以更高效、精確地完成,目前已被廣泛應(yīng)用于控制測量、地形測量、地籍和房產(chǎn)測量、施工放樣、工業(yè)測量及近海定位等方面。

RTK和全站儀聯(lián)合測繪地形圖,可以優(yōu)劣互補。在地形平坦、交通方便、植被覆蓋率不高、測量人員容易到達的空曠地區(qū)的地形、地物適用RTK測進行測量,村莊、城市內(nèi)的建筑物、構(gòu)筑物用RTK實時測量圖根點的三維坐標(biāo),然后用全站儀測量。采用RTK測圖,可以省去建立圖根控制這個中間環(huán)節(jié),節(jié)省大量的時間,可全天侯地觀測。由于衛(wèi)星的截止高度角必須大于15°,在高大建筑物旁邊或在大樹下,很難接收到衛(wèi)星和無線電信號,在急流峭壁、懸崖、高溫地區(qū)、劇毒地帶等測量人員不易到達的地方,RTK無法測量,便體現(xiàn)不出其快速、便捷的優(yōu)勢,此時可以應(yīng)用全站儀測量進行彌補;由此可見用RTK和全站儀聯(lián)合測圖,解決了全站儀測量地勢平坦、交通方便的地方浪費大量人力物力和RTK無法測量測量人員無法到達的測區(qū)的地形的缺點,從根本上克服了全站儀測繪技術(shù)和RTK測繪技術(shù)的盲點,大大加快測量速度,提高工作效率。

5 載波相位差分技術(shù)和無棱鏡測繪技術(shù)在東龍水電站工程數(shù)字化測圖中的聯(lián)合應(yīng)用

云南省綠春縣東龍水電站位于黃連山自然保護區(qū)外邊緣地帶的勐漫河上,為了充分利用水資源,分四個梯級水電站進行開發(fā),總裝機容量為103.1MW,該河段兩岸高山環(huán)繞,水量充沛,土地肥沃,森林茂密,村落較集中,土地開發(fā)比例較高,是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)之一。

適當(dāng)布設(shè)GPS網(wǎng),有利于根據(jù)測區(qū)各階段的需要布設(shè),采用全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長短邊相結(jié)合的形式,減少網(wǎng)的邊緣處誤差的積累,也便于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和成果檢核。由于測區(qū)呈狹長的帶狀,距離跨度大,河道總長度為36.4km,控制點精度要求高。我們采用五臺套Ashtech GPS進行控制測量,為了抵消兩基準(zhǔn)站公共誤差,提高測量精度,用兩臺GPS做基站,其他三臺流動站進行采集數(shù)據(jù)。在觀測前先選擇衛(wèi)星星歷較好時段觀測,截止高度角為15°。衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運動軌道的信息,根據(jù)衛(wèi)星星歷可以算出任意時刻的衛(wèi)星位置及其速度。GPS衛(wèi)星星歷分為廣播星歷 (預(yù)報星歷)和后處理星歷 (精密星歷)。GPS廣播星歷是指含于每顆GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)向電文的GPS衛(wèi)星的預(yù)報位置,通常包括相對于某一參考歷元的開普勒根數(shù)和必要的軌道攝動改正項參數(shù)[2]。觀測前,根據(jù)測區(qū)中心的概略經(jīng)緯度和高程及較新的星歷進行星歷預(yù)報,衛(wèi)星星歷預(yù)報見圖1,并根據(jù)星歷預(yù)報選擇有利的觀測時段,減小星歷數(shù)據(jù)引起的差分誤差,提高作業(yè)效率。

為了提高GPS定位精度,選用PDOP小于5的觀測時段,由圖1可看出最佳觀測時間為0︰00～11︰30和17︰30～19︰30,在其他時段則不宜外業(yè)數(shù)據(jù)采集。將基站選在視野開闊和交通方便的地方,衛(wèi)星截止高度角要求大于15°,用流動站進行數(shù)據(jù)采集并符合到至少3個首級控制網(wǎng)上,以該控制點做數(shù)據(jù)糾正數(shù)度如下表1。

表1 RTK測量檢校記錄表

由上表可見,較正的誤差絕對值都在4mm以內(nèi),精度符合加密控制網(wǎng)的要求。在交通方便、地勢平坦、地物復(fù)雜、測量人員容易到達的地方應(yīng)用RTK進行碎部點的數(shù)據(jù)采集,對于開闊的地段(主要是田野、公路、河流、溝、渠、塘等)直接采用實時動態(tài)定位(RTK)測量模式進行全數(shù)字野外數(shù)據(jù)采集,實地繪制地形草圖,施測過程中注意:第一基準(zhǔn)站架設(shè)在測區(qū)的中心,并遠離高壓線和無線電發(fā)射塔50m以上。根據(jù)已知點進行點位校正和檢核RTK的可靠性;第二基準(zhǔn)站上的儀器應(yīng)精確對中,嚴(yán)格整平;第三接收機接收衛(wèi)星的高度角應(yīng)設(shè)置為15°;第四基準(zhǔn)站天線高度應(yīng)多次丈量取其平均值作為基準(zhǔn)站的天線高度;第五流動站就在以基準(zhǔn)站為中心半徑為8km的范圍進行測量,觀測衛(wèi)星高度角≥13°,觀測衛(wèi)星個數(shù)不少于5顆,計算得固定解時才進行測量;第六流動站每次觀測前,應(yīng)先對已知點或已測點進行檢測,直到滿足精度要求后再繼續(xù)測量;第七運用RTK定圖根點時,應(yīng)盡量選擇通視良好,且易于儀器搬運和操作的圖根點,切記給定后視點作為檢測。對于密集的村莊、植被茂密的地形等采用RTK給定圖根點位,利用全站儀采集地形、地物等特征點,實地繪制草圖;對于地勢陡峭、水流湍急的水邊、塌岸、塌方地帶,測量人員無法到達的地方則采用免棱鏡1000m的徠卡全站儀進行無棱鏡測量特征點的三維坐標(biāo)。實踐證明,若僅采用無棱鏡全站儀測量需要花90d時間,全部采用GPSRTK測量需要79d,目前采用RTK和無棱鏡全站儀聯(lián)合測量后僅花了45d時間即完成了整個工程測量?？梢姴捎肦TK和無棱鏡全站儀對測區(qū)的開闊地帶、險要地形進行測量,優(yōu)勢互補,縮短測量工期,提高工作效率。

6 結(jié)論

裁波相位差分技術(shù)和無棱鏡測繪技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用充分展現(xiàn)了現(xiàn)代測繪科技新思維,在諸多方面打破了傳統(tǒng)的觀念和局限。采用RTK采集數(shù)據(jù)快速便捷、全天候、不受通視條件約束,采用的全站儀操作簡便,觀測速度快,精度高,可自由設(shè)站,靈活采用多種方法測量碎部點。聯(lián)合作業(yè)方法針對測區(qū)范圍內(nèi)的不同地形地貌選取適當(dāng)?shù)臏y繪技術(shù),保證測量成果準(zhǔn)確性、可靠性,做到高效快捷、質(zhì)量保證、可靠,是一種嶄新的取長補短作業(yè)方法。

略)