楊娟革

(陜西省渭南市大荔縣水務(wù)局, 陜西 大荔 715100)

1 應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的原理及優(yōu)勢(shì)

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù),是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)點(diǎn)載波相位觀測(cè)量的差分方法,也泛指可以用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測(cè)量的設(shè)備,是GPS的一種應(yīng)用方法。差分法要求將基準(zhǔn)站上的接收機(jī)所觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)據(jù),通過(guò)無(wú)線電臺(tái)發(fā)送給移動(dòng)站,而后位于移動(dòng)站的接收機(jī)不僅對(duì)衛(wèi)星實(shí)時(shí)觀測(cè),還會(huì)對(duì)來(lái)自基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的電臺(tái)信號(hào)(或網(wǎng)絡(luò)信號(hào))進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,最后得出一個(gè)移動(dòng)站的三維坐標(biāo),并且估算出精度。基準(zhǔn)站又稱固定站、參考站,就是固定在地面上為移動(dòng)站提供參考基準(zhǔn)的基站,如固定基站、云基站和移動(dòng)基站都是固定站;移動(dòng)站是進(jìn)行作業(yè)的設(shè)備,如無(wú)人機(jī)和測(cè)繪器都是移動(dòng)站。RTK技術(shù)的工作原理為基準(zhǔn)站接收機(jī)收到的衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)實(shí)時(shí)發(fā)給用戶,用戶接收機(jī)將接收到的衛(wèi)星信號(hào)以及收到基準(zhǔn)站的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)合解算,從而求得基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的空間位置關(guān)系。即兩臺(tái)接收機(jī)(一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī),一臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī))都在觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù),同時(shí),基準(zhǔn)站通過(guò)其發(fā)射電臺(tái)把所接收到的載波相位差分改正信號(hào)發(fā)射出去,流動(dòng)站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)也通過(guò)其接收電臺(tái)接收基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)。在這兩信號(hào)的基礎(chǔ)上,流動(dòng)站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算,從而精確地定出基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間相對(duì)位置關(guān)系。

RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于是支持標(biāo)準(zhǔn)的、精確的定位算法,如GPS、北斗和SBAS;支持多種定位模式,不管是單點(diǎn)還是定點(diǎn)、動(dòng)態(tài)的還是靜態(tài)的都能應(yīng)用;由于支持多種標(biāo)準(zhǔn)格式、協(xié)議,所以在很多行業(yè)廣泛使用。

2 南方RTK技術(shù)要點(diǎn)

2.1 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

RTK定位技術(shù)就是基于高精度載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù),基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈將其所獲得的載波相位觀測(cè)值及測(cè)站坐標(biāo)信息一起實(shí)時(shí)播發(fā)給在其周?chē)ぷ鞯膭?dòng)態(tài)用戶。流動(dòng)站數(shù)據(jù)處理模塊使用動(dòng)態(tài)差分定位的方式確定出流動(dòng)站相對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)站的位置,然后根據(jù)基準(zhǔn)站坐標(biāo)求得自己的位置。數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸是RTK的關(guān)鍵技術(shù),數(shù)據(jù)處理技術(shù)的合理性、有效性以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的可靠性、抗干擾性是檢驗(yàn)RTK設(shè)備的重要指標(biāo)。南方啟航RTK技術(shù),不需要建立新的基準(zhǔn)站,而是制造廠家直接租用中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商(中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通)的移動(dòng)基站,作為自己的基準(zhǔn)站接收信號(hào),整個(gè)RTK系統(tǒng)設(shè)置好就可以由一人操作,大大提高測(cè)量工作準(zhǔn)備效率。

其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在:厘米級(jí)高精度位置服務(wù),開(kāi)機(jī)秒固定;4 400個(gè)超高密度站點(diǎn),全國(guó)覆蓋;全星座全頻點(diǎn),支持北斗三號(hào);五星十六頻,收星50+;提供CGCS2000坐標(biāo);一鍵登錄秒固定。極致輕便,僅重780 g,高集成層疊式設(shè)計(jì),鎂合金材質(zhì)機(jī)身,體積小、重量輕,更適合野外作業(yè)。內(nèi)置IMU慣性測(cè)量傳感器,能根據(jù)對(duì)中桿傾斜方向和角度自動(dòng)校正坐標(biāo),無(wú)需對(duì)中,點(diǎn)到即測(cè)。不受磁場(chǎng)干擾。ROS系統(tǒng)加載北斗高精度SOC芯片算法優(yōu)化數(shù)據(jù)抗差算法,在復(fù)雜環(huán)境下定位更穩(wěn)定可靠。超級(jí)續(xù)航組合充電1 h,工作1整天,15 km電臺(tái)接收,智能鎖定。續(xù)航時(shí)間,提升40%;藍(lán)牙連接速度,提升50%;信號(hào)跟蹤捕獲速度,提升100%,能滿足更高強(qiáng)度作業(yè)需求。

2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解是技術(shù)關(guān)鍵

在開(kāi)始測(cè)量前,求解轉(zhuǎn)換參數(shù)非常重要,必須保證正確求取,一般要求在作業(yè)區(qū)的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)不得少于3個(gè),以實(shí)時(shí)把握參數(shù)的精度,測(cè)量過(guò)程中也適時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)確認(rèn)。

3 渠道測(cè)量控制點(diǎn)的布設(shè)

測(cè)量控制點(diǎn)是在進(jìn)行渠道測(cè)量放線作業(yè)之前,在施工區(qū)域范圍內(nèi)布設(shè)一系列的控制點(diǎn)(包括平面和高程控制點(diǎn)),為以后測(cè)量放線和測(cè)量校核服務(wù)。以洛惠渠中干渠某渠段施工測(cè)量布點(diǎn)為例,根據(jù)渠道襯砌段的上下游生產(chǎn)橋,取上下游橋中為渠道中軸線,在中干渠左側(cè)斗渠岸旁每隔100 m布設(shè)一個(gè)控制點(diǎn),方便以后檢核和施工放樣。對(duì)于有交叉建筑物,如架空供水管道、地下涵管等特征位置,在渠道測(cè)量過(guò)程中按需要增加控制點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)交底給出的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)和高程,先用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行復(fù)核測(cè)量,并對(duì)布設(shè)的控制點(diǎn)進(jìn)行施測(cè)和精度評(píng)估?？刂泣c(diǎn)布測(cè)完畢后,即可對(duì)RTK進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置,整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置好即可由一人操作測(cè)量。

4 RTK渠道斷面測(cè)量

根據(jù)設(shè)計(jì)選定的渠道線路進(jìn)行渠道斷面測(cè)量。流動(dòng)站作業(yè)測(cè)量需一整天,每天開(kāi)始測(cè)量前,精確校點(diǎn)十分必要,最好使用三角架或者對(duì)中桿,保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。渠道斷面測(cè)量又分為縱斷面測(cè)量和橫斷面測(cè)量。渠道縱斷面高程測(cè)量是測(cè)量出渠道中軸線上各里程樁的地面高程,以便進(jìn)行渠道縱向坡度的設(shè)計(jì)。一般沿渠道中心線從渠首或分水閘的中心為起點(diǎn),無(wú)論直線或曲線,均用小木樁標(biāo)定里程樁。里程樁的間距一般為50 m 或100 m,從上游向下游累積編號(hào)。這些相等間隔設(shè)置的木樁稱為整樁。在實(shí)際測(cè)量工作中,遇到特殊地形、地物等情況應(yīng)設(shè)加樁。渠道縱斷面圖根據(jù)中線里程樁及加樁的里程及高程進(jìn)行繪制。繪制成的渠道縱斷面圖反映了渠道中心線地面的高低起伏變化,表示出渠底設(shè)計(jì)坡度的大小及中線位置的填挖尺寸。

橫斷面測(cè)量主要是測(cè)量出垂直于渠道中線方向的橫斷地面線上主要點(diǎn)的高程。RTK橫斷面測(cè)量時(shí),每隔20 m設(shè)1個(gè)渠底中樁,測(cè)量1個(gè)橫斷面。在渠底中樁左、右兩側(cè)各測(cè)量幾個(gè)特征點(diǎn),如左上邊樁(ZS)、左中樁(ZZ)、左下邊樁(ZX)、右上邊樁(YS)、右中樁(YZ)、右下邊樁(ZX),手簿記錄時(shí)以代碼區(qū)分,便于內(nèi)業(yè)使用。由于中樁、邊樁測(cè)出的都是三維坐標(biāo),數(shù)據(jù)整理后即可準(zhǔn)確的繪制出各橫斷面圖。根據(jù)繪制出的各橫斷面圖和設(shè)計(jì)橫斷面圖比較,可以計(jì)算出各渠段的挖填土方量。RTK渠道斷面測(cè)量可一人操作,作業(yè)效率高,以前的水準(zhǔn)儀或者全站儀測(cè)量渠道斷面,架設(shè)儀器,整平對(duì)中,不能通視時(shí)還要不停的搬站,需要配備的人力多,誤差大,費(fèi)工費(fèi)時(shí)。而RTK測(cè)量不存在累計(jì)誤差,測(cè)量精度高,速度快、作業(yè)靈活方便。

5 渠道放線測(cè)量

5.1 放直線

打開(kāi)RTK手簿相關(guān)界面選定“線放樣”功能,手動(dòng)輸入直線AB段起點(diǎn)A(0,0,h起)和末點(diǎn)B(0,y末,h末)兩點(diǎn)的坐標(biāo),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)解算出RTK流動(dòng)站當(dāng)前位置到已知的設(shè)置直線AB(渠道中線)的垂直距離x值。當(dāng)RTK流動(dòng)站位于渠道中線上之后,會(huì)顯示當(dāng)前位置:x值為0,y值表示當(dāng)前位置到線路起點(diǎn)的里程,h值表示當(dāng)前位置點(diǎn)的高程,據(jù)此可放樣各直線段樁位。當(dāng)人沿著從起點(diǎn)A到末點(diǎn)B的方向移動(dòng)時(shí),x值顯示為負(fù)值,表明當(dāng)前點(diǎn)在直線的左邊,因此需要向右移動(dòng),靠近直線方向;當(dāng)人沿著從起點(diǎn)A到末點(diǎn)B的方向移動(dòng)時(shí),x值顯示為正值,表明當(dāng)前點(diǎn)在直線的右邊,因此需要向左移動(dòng),靠近直線方向,直至移到該直線上(x值為0),放線點(diǎn)的位置即被確定,依次打上寫(xiě)好里程樁號(hào)的木樁,此放線點(diǎn)即告完成。

5.2 點(diǎn)放樣

大致可分兩種方法:(1)將事先編制好放樣坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件→導(dǎo)入到手簿中→點(diǎn)擊“點(diǎn)放樣”功能→點(diǎn)擊“放樣點(diǎn)庫(kù)”→選擇待“放樣點(diǎn)名”,儀器馬上會(huì)顯示出RTK流動(dòng)站當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的坐標(biāo)差值(△x、△y、△h),并提示方向→按提示方向?qū)ふ夷繕?biāo)點(diǎn)→即將達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)處時(shí),屏幕就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小圓圈(指示放樣點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的接近程度)→精確移動(dòng)流動(dòng)站,使得△x和△y滿足放樣精度要求時(shí),釘木樁→精確投測(cè)小釘。將儀器立于樁頂上,儀器顯示的△h表示當(dāng)前高度和目標(biāo)高度的高差,將該高差用記號(hào)筆標(biāo)注于木樁側(cè)面,即為該點(diǎn)填挖高度。按同樣方法放樣其他各待定點(diǎn)。(2)事先編制好放樣的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件(見(jiàn)表1),不需要導(dǎo)入到手簿中。打開(kāi)RTK手簿中的測(cè)量,狀態(tài)顯示為固定解,選定“點(diǎn)放樣”功能, 儀器馬上會(huì)自動(dòng)計(jì)算出RTK流動(dòng)站當(dāng)前位置(x,y,h),x值表示距中線的距離,正值表示在中線右側(cè),負(fù)值表示在中線左側(cè);y值表示距起點(diǎn)的距離,即里程,h值表示當(dāng)前點(diǎn)的高程。移動(dòng)流動(dòng)站,當(dāng)儀器顯示當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的坐標(biāo)值一致或精度滿足要求時(shí),即可釘木樁,按同樣方法放樣其他各待定點(diǎn)。

表1 2022年洛惠渠中干渠某段砌石襯砌施工測(cè)量放樣數(shù)據(jù)

5.3 數(shù)據(jù)輸出

單擊“工程”→“文件輸出”→“文件格式轉(zhuǎn)換輸出”→“數(shù)據(jù)格式”下拉框中選擇所要的格式→單擊“源文件”就是所要轉(zhuǎn)換的原文件→點(diǎn)擊“目標(biāo)文件”,彈出一個(gè)對(duì)話框,在保存文件欄中輸入所要保存的文件名→點(diǎn)擊“確定”。這時(shí)文件已轉(zhuǎn)換為所需要的格式,同時(shí)顯示文件保存的路徑。把測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦中,同時(shí)可利用南方測(cè)繪成圖軟件CASS繪制出渠道縱橫平面圖。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)RTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有:(1)能夠提高測(cè)量效率,速度快、差錯(cuò)少;提升測(cè)量強(qiáng)度,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,可一人操作,節(jié)省外測(cè)費(fèi)用;(2)RTK平面精度以及高程精度都能夠達(dá)到厘米,數(shù)據(jù)安全可靠,不存在誤差累積;(3)RTK降低了作業(yè)條件要求,不受通視條件限制,作業(yè)更為方便;(4)RTK適應(yīng)各種外業(yè),內(nèi)置專(zhuān)業(yè)軟件可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能,減少人工繪制。其不足之處主要為:(1)該技術(shù)的應(yīng)用會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的影響,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不能對(duì)測(cè)量范圍進(jìn)行覆蓋時(shí),就會(huì)影響測(cè)量結(jié)果(如地下隧洞、高山峽谷及密集森林等);(2)測(cè)量的數(shù)據(jù)還會(huì)受到空間環(huán)境的影響(如電離層的干擾性、共用的衛(wèi)星數(shù)等);(3)數(shù)據(jù)鏈的傳輸干擾、測(cè)量作業(yè)半徑的大小也會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果造成一定影響。雖然RTK技術(shù)還有一些不足,但其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于缺點(diǎn),有些優(yōu)點(diǎn)是常規(guī)測(cè)量方法無(wú)法比擬的,因而RTK技術(shù)在現(xiàn)代化測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越普及、越來(lái)越廣泛。