RTK技術(shù)在長江航道工程測量中應(yīng)用探討

翟信德（長江南京航道局，江蘇南京 210011）

RTK技術(shù)在長江航道工程測量中應(yīng)用探討

翟信德
（長江南京航道局，江蘇南京 210011）

本文介紹了常規(guī)RTK測量和網(wǎng)絡(luò)RTK測量的基本原理。在比較了兩種測量方式的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，為提高工程效率和確保工程質(zhì)量，結(jié)合長江航道工程測量工作特征和測量工作中RTK信號實際測試結(jié)果，探討了在長江下游航道工程測量中如何合理應(yīng)用RTK技術(shù)。在長江和暢洲河段航道工程測量中，因合理選擇RTK技術(shù)大大提高了工作效率，取得良好的成效。

GPS RTK C0RS 航道測量

1　引言

RTK這種新型GPS測量方法已在工程放樣、地形測圖和各種控制測量得到廣泛應(yīng)用，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信和計算機等領(lǐng)域的發(fā)展RTK使用方法也發(fā)了根本性的變化。長江下游航道范圍內(nèi)GPS各等級控制網(wǎng)布設(shè)均勻，控制點眾多，這些條件為使用RTK測量提供了便利，同時該段航道擁有技術(shù)比較成熟的江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡稱JSCORS）。針對長江下游航道、地理分布等特性如何合理使用RTK技術(shù)為工程建設(shè)服務(wù)，對于提高航道工程測量的精度和效率起到至關(guān)重要的作用。

2　RTK技術(shù)的原理

2.1RTK定位原理

RTK測量是根據(jù)GPS的相對定位理論，將一臺接收機設(shè)置在已知點上，另一臺或幾臺接收機放在待測點上，同步采集相同衛(wèi)星的信號。

RTK測量系統(tǒng)通常由GPS信號接收部分（基準(zhǔn)站）、實時數(shù)據(jù)傳輸部分和實時數(shù)據(jù)處理（流動站）三部分組成。基準(zhǔn)站在接收GPS信號并進行載波相位測量的同時，通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測站坐標(biāo)信息傳送給流動站，流動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)，然后利用GPS控制器內(nèi)置的實時數(shù)據(jù)處理軟件與本機采集的GPS觀測數(shù)據(jù)組成差分觀測值進行實時處理，實時計算待測點的坐標(biāo)、高程值并統(tǒng)計其精度［1］。

2.2RTK技術(shù)分類

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸部分采用通信鏈路的不同將RTK測量技術(shù)分為常規(guī)RTK測量和網(wǎng)絡(luò)RTK測量［2］。

2.2.1常規(guī)RTK測量

常規(guī)RTK測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用電臺播發(fā)差分信號，系統(tǒng)組成如圖1所示。常規(guī)RTK數(shù)據(jù)鏈電臺信號在傳輸過程中易受外界環(huán)境影響。另外，當(dāng)常規(guī)RTK作業(yè)半徑超過一定距離時，測量結(jié)果誤差超限，所以常規(guī)RTK的實際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小［3］。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)RTK測量

為了解決常規(guī)RTK所存在的缺陷，達(dá)到區(qū)域范圍內(nèi)厘米級、精度均勻的實時動態(tài)定位，同事隨著計算機、通信等行業(yè)的發(fā)展，在常規(guī)RT K的基礎(chǔ)上研發(fā)了網(wǎng)絡(luò)RT K技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)RT K技術(shù)就是利用地面布設(shè)的一個或多個基準(zhǔn)站組成GPS連續(xù)運行參考站（C0RS），綜合利用各個基站的觀測信息，通過建立精確的誤差修正模型，通過實時發(fā)送RTCM差分改正數(shù)在修正用戶的觀測值精度，在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)移動用戶的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)［4］。網(wǎng)絡(luò)RTK測量系統(tǒng)組成如圖2所示。

表1　常規(guī)RTK模式和網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)缺點比較

表2　網(wǎng)絡(luò)RTK航道測量定位結(jié)果統(tǒng)計表

表3　常規(guī)RTK定位模式統(tǒng)計表

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)集Internet技術(shù)、無線通訊技術(shù)、計 算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體，其理論研究及系統(tǒng)開發(fā)均是GPS技術(shù)科研和應(yīng)用領(lǐng)域最熱門的前沿［5］。

2.3兩種技術(shù)的優(yōu)缺點［6］

常規(guī)RTK模式和網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)缺點比較見表1。

兩種技術(shù)的優(yōu)缺點也會隨著技術(shù)的不斷進步發(fā)生變化。如：電臺的技術(shù)指標(biāo)將會有更高提升，設(shè)備的體積變得更小。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可靠性不斷提升，網(wǎng)絡(luò)帶寬越來越大，這些都促進著RTK技術(shù)的不斷發(fā)展［7］。

3　長江航道工程測量RTK技術(shù)選擇

長江江蘇段江面總體比較寬闊，最窄處約1.5公里，最寬處約12公里，且江面離城市中心遠(yuǎn)近不同，部分區(qū)域江面通信信號較差，這些因素都會影響JSCORS系統(tǒng)的使用效率和精度。為此在開始航道工程測量前期有必要對測區(qū)信號覆蓋情況進行測試。

長江南京以下12.5米深水航道建設(shè)工程建設(shè)前在長江干線通州沙和白茆沙河段進行了JSCORS信號測試，通訊方式分別采用電信的CDMA和中國移動的GPRS方式，RTK測量每隔50米記錄一個點位，詳細(xì)軌跡圖3。測試結(jié)果分析得出固定解、浮動解和碼差分的比例見表2。

從結(jié)果可以看出，測量所得的固定解比例較低，難以滿足航道測量的需要。為了保證工程區(qū)域GPS定位的高精度和高可靠性，計劃采用常規(guī)RTK方式建立施工區(qū)GPS參考站系統(tǒng)，采用無線電傳輸方式發(fā)送差分信號。建設(shè)參考站前同時使用天寶和徠卡兩套RTK設(shè)備現(xiàn)場進行航道測量，統(tǒng)計航道測量GPS定位固定解情況，詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表3。

從上表可以看出白茆沙水域徠卡設(shè)備10公里以內(nèi)固定解比率相對較低只有82.5%，但仍然高于JSCORS的最高值80%。天寶在測試中15公里以內(nèi)固定解比例基本都在99%以上，原因在于天寶選用的電臺功率較大。從測試結(jié)果來看，常規(guī)RTK定位方式模式在航道測量中穩(wěn)定性要高于JSCORS，在本工程水域航道工程測量中采用常規(guī)RTK定位模式更為合適。在長江南京以下12.5米深水航道建設(shè)一期工程中建設(shè)了連續(xù)運行的常規(guī)RTK參考站，為航道整治建筑物施工放樣和航道礙航段疏浚施工，以及航道施工前及整治后建筑物的沉降變形觀測和航道地形監(jiān)測提供保障。

表4　已知點校核統(tǒng)計

4　工程應(yīng)用

長江南京以下12.5米深水航道建設(shè)二期工程工可階段為確保整治工程效果發(fā)揮，防止航道整治工程實施對護岸工程造成不利影響，擬對和暢洲北汊航道河段實施護岸加固和整治建筑物工程，設(shè)計需對擬建工程區(qū)域航道和護岸進行測量。

4.1施測內(nèi)容與要求

4.1.1護岸平面地形測量

護岸平面地形測量范圍分別為和暢洲左汊左岸，和暢洲左緣，和暢洲洲頭及右緣，孟家港段。平面地形分為水下地形和陸地地形。

4.1.2橫斷面測量

橫斷面方向應(yīng)盡可能與水流方向垂直。斷面圖使用投影法成圖，將斷面線附近5米以內(nèi)的實測點垂直投影至斷面線，斷面圖根據(jù)實測的投影點生成。

4.1.3整治工程測量

整治工程區(qū)域范圍覆蓋整治建筑物的工程范圍，和暢洲北汊全水道水下地形測量。擬建整治建筑物接岸處，四周各150m范圍內(nèi)。

4.2測區(qū)情況

項目工期較短，測區(qū)跨長江兩岸，且和暢洲位于江心交通不便，因此方案制定時應(yīng)充分考慮各項因素按期提交資料。測區(qū)已建有長江南京以下12.5米深水航道二期工程GPS控制網(wǎng)，業(yè)主提供了SPJT 和SPCC兩個控制點坐標(biāo)以及測區(qū)WGS-84坐標(biāo)系與北京54坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。同時測區(qū)周邊有BTJY、BTZJ、BTDT等JSCORS站點。

4.3RTK技術(shù)在項目中的應(yīng)用

測量項目中水下地形測量和陸地地形測量都涉及定位方式選擇問題。合理使用RTK技術(shù)對于提高測量工作效率以及減少測繪內(nèi)業(yè)處理工作量起到至關(guān)重要的作用。

在建設(shè)長江南京以下12.5米深水航道二期工程GPS控制網(wǎng)已對該段航道的基準(zhǔn)站點常規(guī)RTK定位方式的信號覆蓋范圍進行了測試。SPJT點架設(shè)基站時，距離基站上游11公里、下游14公里范圍內(nèi)均能收到RTK的固定解。而本次工程測量范圍距測區(qū)約6公里。因此，項目實施過程中優(yōu)先考慮選擇傳統(tǒng)RTK的定位方法，使用電臺方式播發(fā)差分信號。JSCORS系統(tǒng)作為岸上地形測量備選設(shè)備，也可作為導(dǎo)航設(shè)備為斷面測量提供定位。

4.3.1水下地形測量

水下地形測量的平面定位，采用Trimble 5800 RTK定位，安裝前將移動站GPS在已知點SPCC上進行校核，詳細(xì)見已知點校核統(tǒng)計，比對結(jié)果滿足精度要求后方可用于測量。在實際測量過程中，RTK定位數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)斷鏈和失鎖情況，確保了水下地形測量工作按計劃按時完成。（表4）

4.3.2岸上測量

岸上測量主要有兩方面內(nèi)容，一是岸線大堤內(nèi)地形測量；二是橫斷面測量。

（1）地形測量。考慮到本測區(qū)為鎮(zhèn)江和揚州交界處，為兩市通信信號覆蓋邊緣區(qū)域，信號的頻繁切換影響JSCORS網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，頻繁的連接網(wǎng)絡(luò)影響工作的效率。但是對于一些工廠、碼頭門吊等對無線電干擾較大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)RTK可以彌補不足。因此本次地形測量確保工作的穩(wěn)定性，決定以常規(guī)RTK作業(yè)為主，網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)為輔。

……

……

（2）斷面測量。斷面測量點采集時需要嚴(yán)格定位在斷面線上。測量點按要求不能偏離計劃線5米以上，否則在生成斷面線時不能被引用，導(dǎo)致斷面缺點影響斷面生成精度。首先在AutoCad中繪制斷面計劃線，將AutoCad文件導(dǎo)入RTK手簿，測量過程中以計劃線為底圖嚴(yán)格按照計劃線位置測量。

測量時遇到闊葉林地時，使用RTK配合全站儀的方法。RTK可為全站儀棱鏡做導(dǎo)航定位，雖然在樹林中無法得到固定解但浮動解能夠滿足5米定位的要求。在實際測量施工過程中取得了良好的效果，如圖4中斷面測量成果點與斷面最大偏離距離2.3米。

5　結(jié)語

綜上所述，常規(guī)RT K在和網(wǎng)絡(luò)RT K在長江航道工程測量過程中有很多優(yōu)勢，同時也有些技術(shù)限制，只有了解各種作業(yè)方式的特點，結(jié)合特定的工作環(huán)境合理選擇才能更好的為測量服務(wù)。在長江下游航道測量過程中如何更好的應(yīng)用RTK技術(shù)總結(jié)如下，供參考探討：

（1）對于航道水深監(jiān)測測量建議使用常規(guī)RTK作業(yè)方式，采用電臺傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)，進一步研究講常規(guī)RTK基站聯(lián)網(wǎng)播發(fā)差分信號，減小因距離產(chǎn)生誤差的影響。

（2）靠近城市的航道可以充分利用已建的C O R S系統(tǒng)。建議JSCORS系統(tǒng)基站采用雙發(fā)射模式，基站同時通過電臺和網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)射當(dāng)電臺信號。

（3）隨著北斗定位系統(tǒng)不斷發(fā)展，GPS進入基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多星應(yīng)用時代［8］，具有快速固定與抗干擾遮擋的優(yōu)點，合理加以應(yīng)用RTK技術(shù)必將在航道測繪中發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

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