RTK技術(shù)基準(zhǔn)站設(shè)置方法的應(yīng)用探討

張想平

(蘭州城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州 730030)

1 前言

RTK技術(shù)以其測繪成果精度較高、觀測方法簡便靈活、觀測速度快等特點(diǎn)在圖根控制測量、道路中線定測和點(diǎn)位放樣等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在RTK的施測過程中，由于受已知控制點(diǎn)分布位置環(huán)境和各種通信通訊信號(hào)、高壓電磁波、城市高樓、裝潢材料的強(qiáng)反射性以及多路徑效應(yīng)等因素的影響，使得在RTK施測過程中往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈傳輸不穩(wěn)健，無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)初始化或整周模糊度計(jì)算、長時(shí)間出現(xiàn)單點(diǎn)定位或浮點(diǎn)解，無法獲得固定雙差解、衛(wèi)星無法鎖定甚至接收不到足夠的衛(wèi)星等現(xiàn)象，要解決這些問題，基準(zhǔn)站位置的選擇非常重要，如果我們掌握了基準(zhǔn)站設(shè)置過程中內(nèi)外業(yè)準(zhǔn)備工作的技巧和方法，常常會(huì)收到事半功倍的效果，為此，筆者根據(jù)長期的工作經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，就RTK技術(shù)基準(zhǔn)站設(shè)置方法的應(yīng)用加以探討。

2 RTK基準(zhǔn)站的設(shè)置方法

方法一:任意點(diǎn)設(shè)定法。

任意點(diǎn)設(shè)定法就是在測區(qū)內(nèi)任意點(diǎn)上設(shè)置基準(zhǔn)站，可以是已知點(diǎn)，也可以是未知點(diǎn)。該方法設(shè)置基準(zhǔn)站比較簡單，基準(zhǔn)站位置的選擇余地比較大，但是選擇該方法設(shè)置基準(zhǔn)站給后面進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)工作帶來很多不便。我們知道，GPS技術(shù)在定位過程中直接獲取的點(diǎn)位坐標(biāo)是在WGS－84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值，而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，我們需要的是在國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)和高程，因此，在每次進(jìn)行RTK作業(yè)前必須先要利用3個(gè)或3個(gè)以上已知控制點(diǎn)，進(jìn)行7個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的解算。利用任意點(diǎn)設(shè)置基準(zhǔn)站作業(yè)時(shí)，應(yīng)該先在GPS電子手簿中建立工程名稱，并輸入3個(gè)以上已知控制點(diǎn)在地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在工程作業(yè)時(shí)先設(shè)置好基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，然后要施測出3個(gè)以上已知控制點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)并和相應(yīng)已知點(diǎn)的地方坐標(biāo)進(jìn)行匹配，從而解算出進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7個(gè)參數(shù)，才能正常進(jìn)行作業(yè)。由于通常情況下已知點(diǎn)之間相距較遠(yuǎn)，往往交通不便，匹配過程頗為費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，該方法通常應(yīng)用于測區(qū)內(nèi)只有已知控制點(diǎn)的地方坐標(biāo)而無法提前獲取相應(yīng)點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)的情況下。

方法二:內(nèi)業(yè)解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)法。

內(nèi)業(yè)解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)法就是在內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作時(shí)，首先在GPS電子手簿中輸入測區(qū)范圍內(nèi)3個(gè)以上已知點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)和其相應(yīng)的地方坐標(biāo)，從而解算出7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在作業(yè)開始時(shí)，選擇測區(qū)內(nèi)視野開闊、信號(hào)輻射范圍較廣的已知點(diǎn)設(shè)置基準(zhǔn)站，然后設(shè)置流動(dòng)站即可開展作業(yè)了。該方法的特點(diǎn)是必須同時(shí)已知3個(gè)以上已知控制點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)和相應(yīng)的地方坐標(biāo)，并在內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備過程中將它們輸入GPS電子手簿中(WGS－84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)相應(yīng)點(diǎn)名不能相同，84坐標(biāo)點(diǎn)名可以加后綴)，從而利用電子手簿隨機(jī)軟件解算出7個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。由于我們通常在用GPS進(jìn)行靜態(tài)控制測量時(shí)，GPS數(shù)據(jù)平差處理成果報(bào)告同時(shí)提供有同一控制點(diǎn)的WGS－84三維坐標(biāo)和地方平面坐標(biāo)，如果我們聯(lián)測了這些點(diǎn)的四等幾何水準(zhǔn)，這就為該方法的應(yīng)用提供了豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使得該方法的應(yīng)用非常普遍。利用該方法設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)不需要再實(shí)地聯(lián)測已知控制點(diǎn)進(jìn)行匹配，操作過程簡單。而且由于GPS數(shù)據(jù)解算過程中進(jìn)行了三維約束平差，已知點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)點(diǎn)位精度高，求得的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)可信度高。但利用該方法時(shí)由于提前進(jìn)行了坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換，基準(zhǔn)站設(shè)置時(shí)獲取的WGS－84坐標(biāo)是單點(diǎn)定位解，點(diǎn)位粗差大。因此，基準(zhǔn)站必須架設(shè)在已知點(diǎn)上。這樣，如果在測量過程中基準(zhǔn)站離流動(dòng)站較遠(yuǎn)或周圍視野不開闊時(shí)，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)傳輸不穩(wěn)定的情況。這時(shí)，就必須搬移基準(zhǔn)站，搬移基準(zhǔn)站可以是已知控制點(diǎn)，也可以是基準(zhǔn)站搬移前RTK點(diǎn)測量的過渡點(diǎn)。

方法三:已知點(diǎn)校正基準(zhǔn)站法。

已知點(diǎn)校正基準(zhǔn)站法就是首先在內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備將3個(gè)以上已知點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)輸入GPS電子手簿并解算出7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，在作業(yè)開始時(shí)，選擇測區(qū)內(nèi)視野開闊、信號(hào)好、地勢高的任意位置架設(shè)基準(zhǔn)站，設(shè)置完流動(dòng)站后，在已知點(diǎn)上進(jìn)行點(diǎn)測量，當(dāng)出現(xiàn)固定解時(shí)，在點(diǎn)測量菜單界面中點(diǎn)名欄中輸入該工程名中已經(jīng)存在的該點(diǎn)的點(diǎn)名，這時(shí)，電子手簿界面顯示:該點(diǎn)已存在，請選擇①覆蓋該點(diǎn)名②重起名③校正基準(zhǔn)站，這時(shí)，你只要選擇“③校正基準(zhǔn)站”，電子手簿界面就會(huì)顯示出校正基準(zhǔn)站的參數(shù)，選擇確定即可完成對基準(zhǔn)站的校正。已知點(diǎn)校正基準(zhǔn)站法結(jié)合了前兩種設(shè)置基準(zhǔn)站的各自優(yōu)點(diǎn)，方法簡單，自由靈活，省時(shí)省力。

3 應(yīng)用實(shí)例

北秦路(水秦段)是2011年蘭州市政府的重點(diǎn)建設(shè)工程之一，該工程起于皋蘭縣水阜鄉(xiāng)，終點(diǎn)接蘭州新區(qū)緯一路東延段起點(diǎn)，全長 25 km。本次測量的主要任務(wù)就是進(jìn)行道路中線的縱橫斷面測設(shè)，道路中線測量采用RTK技術(shù)。皋蘭是一個(gè)多山地和丘陵的小縣，縣城的四周都是連綿起伏的山脈，北秦路中線幾乎一半以上就處在山坡和丘陵地帶。由于我們已經(jīng)在整個(gè)測區(qū)內(nèi)進(jìn)行了靜態(tài)控制測量和四等水準(zhǔn)測量，已知點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)是同時(shí)知道的，因此我們沒必要選擇方法一設(shè)置基準(zhǔn)站。當(dāng)我們剛開始進(jìn)行道路中線定測時(shí)，應(yīng)用內(nèi)業(yè)解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)法架設(shè)基準(zhǔn)站，許多已知點(diǎn)周圍山大溝深，信號(hào)傳輸不好，施測線路不長距離就要搬移基準(zhǔn)站，十分不便。后來經(jīng)過大家仔細(xì)探討，發(fā)現(xiàn)了已知點(diǎn)校正基準(zhǔn)站法的方法，我們就直接將基準(zhǔn)站架設(shè)在了趙家鋪對面的山頂上，在已知點(diǎn)GL23上進(jìn)行了基準(zhǔn)站的校正，并在已知點(diǎn)GL22上進(jìn)行檢核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)的平面點(diǎn)位精度為 0.009 m，高程精度為 0.015 m，完全符合規(guī)范要求。利用該方法架設(shè)基準(zhǔn)站后，由于其地理位置處于最高的山頂，視野十分開闊，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，基準(zhǔn)站前后 4 km內(nèi)不用搬移，為我們順利完成測繪任務(wù)創(chuàng)造了良好的條件。

4 總結(jié)

本文主要討論了RTK基準(zhǔn)站設(shè)置3種方法和其應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中究竟選擇那種基準(zhǔn)站設(shè)置方法，我們應(yīng)根據(jù)已知條件和測區(qū)周圍的環(huán)境等要素來確定。但在進(jìn)行RTK基準(zhǔn)站設(shè)置時(shí)，無論應(yīng)用哪種方法，都應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):

(1)基準(zhǔn)站在一定的范圍內(nèi)數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定傳輸;

(2)參與坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換的已知控制點(diǎn)一定要均勻分布在基準(zhǔn)站的外延以內(nèi)，否則會(huì)產(chǎn)生地球曲率形變的影響;

(3)基準(zhǔn)站要盡量架設(shè)在避開高大的建筑物、變壓器和通訊發(fā)射塔，以減少多路徑效應(yīng)和屏蔽現(xiàn)象等對觀測精度的影響。

總之，基準(zhǔn)站設(shè)置方法有好多種，我們要仔細(xì)分析已知條件和周圍環(huán)境，選擇簡便、快捷的RTK技術(shù)基準(zhǔn)站設(shè)置方法，使之更好、更穩(wěn)健的傳輸基準(zhǔn)站信號(hào)，有利于我們進(jìn)行RTK測量工作的開展。

參考書目

［1］田青文.測量學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1995

［2］北京合眾合拓普科技發(fā)展有限公司.TOPCON/JAVAD GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量(RTK)系統(tǒng)工程測圖放樣軟件操作手冊.

［3］李天文等.GPS測量操作與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢:科學(xué)出版社，2010

［4］徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng).GPS測量原理及應(yīng)用［J］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2002

［5］宋秉紅，楊明光.RTK技術(shù)在城市測量中的應(yīng)用.測繪通報(bào)，2005(2)