RTK的點(diǎn)放樣和曲線放樣研究

鄧文質(zhì)

（貴州開磷設(shè)計(jì)研究院，貴州　貴陽　550000）

RTK的點(diǎn)放樣和曲線放樣研究

鄧文質(zhì)

（貴州開磷設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550000）

RTK測量標(biāo)稱精度提供的是基準(zhǔn)站與放樣點(diǎn)間邊長的相對精度，而在控制測量、工程放樣、地形圖施測工作中，用戶更關(guān)心的是點(diǎn)位精度、點(diǎn)與點(diǎn)之間的邊長精度。并且憑借RTK相對于傳統(tǒng)測量的精度高、高效益、高效率、全天候的優(yōu)勢，它被廣泛的應(yīng)用于工程測量，地形圖測繪當(dāng)中，因此，如何準(zhǔn)確獲取RTK測量點(diǎn)位精度以及點(diǎn)間邊長精度，對指導(dǎo)如何應(yīng)用RTK進(jìn)行測量、進(jìn)行成果質(zhì)量控制及降低測量外業(yè)所需的成本有著重要的意義。

RTK；點(diǎn)放樣；曲線放樣

在通過大量的社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐之后，發(fā)現(xiàn)工程放樣采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會(huì)放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，往往需要來回移動(dòng)目標(biāo)，而且要2-3人操作，同時(shí)在放樣過程中還要求點(diǎn)間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時(shí)放樣中遇到困難的情況會(huì)借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時(shí)，僅需把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)輸入到電子手簿中，利用GPS接收機(jī)進(jìn)行查找放樣點(diǎn)的位置，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標(biāo)來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，誤差小，因而在外業(yè)放樣中效率會(huì)大大提高，且只需一個(gè)人操作，所以是現(xiàn)在放樣手段的必選之一。

1　利用RTK進(jìn)行點(diǎn)放樣

RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺接收機(jī)作為參考站，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)，隨即計(jì)算機(jī)根據(jù)相對定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測時(shí)間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

建筑物的形狀和大小是通過其特征點(diǎn)在實(shí)地上表示出來的。如建筑物的中心、四個(gè)角點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等。因此點(diǎn)放樣是建筑物和構(gòu)筑物放樣的基礎(chǔ)。用RTK進(jìn)行點(diǎn)位放樣同傳統(tǒng)放樣一樣，需要兩個(gè)以上的控制點(diǎn)，但不同的是傳統(tǒng)的方法是通過距離或方向來放樣定點(diǎn)，或用全站儀用兩點(diǎn)定向后放樣定點(diǎn)，而RTK是用2～3個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，就可在無光學(xué)通視（電磁波通視）的條件下進(jìn)行點(diǎn)位的放樣，塔憑借作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測繪功能強(qiáng)大，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)和大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的搬運(yùn)次數(shù)的優(yōu)勢，使得傳統(tǒng)測量放樣方法無法與之相比。但是使用RTK進(jìn)行建筑物放樣時(shí)需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對于短邊，其相對關(guān)系較難滿足。在放樣的同時(shí)，需要特別注意測量點(diǎn)位的收斂精度，在點(diǎn)位精度收斂高的情況下，用RTK進(jìn)行規(guī)劃放線一般能滿足要求。并且，GPS-RTK除了具備上述優(yōu)點(diǎn)之外，其自身也存在局限性，放樣時(shí)在點(diǎn)位收斂精度不高的情況下，強(qiáng)制測量則有可能帶來較大的點(diǎn)位誤差。比如其受天空環(huán)境影響和衛(wèi)星狀況限制，或者作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小、數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制；受GPS接收機(jī)上方遮擋物的限制；另外還有可能出現(xiàn)高程異常現(xiàn)象；精度和穩(wěn)定性仍舊存在問題。其中造成誤差的來源有以下幾個(gè)方面：

1.1GPS-RTK點(diǎn)位放樣具有不確定度

不確定度在測量中表現(xiàn)為獲得的坐標(biāo)測量值與相應(yīng)的真實(shí)坐標(biāo)值的差值。點(diǎn)位放樣時(shí)，用戶直接根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，但GPS儀器并非直接利用坐標(biāo)而是通過偽距、時(shí)間、相位等要素，利用距離交會(huì)原理，在機(jī)器內(nèi)部通過計(jì)算將結(jié)果顯示出來，其不確定度指標(biāo)只能用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評定。放樣點(diǎn)位的誤差表現(xiàn)為點(diǎn)位的實(shí)際坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)的偏離情況，此時(shí)的不確定度也可以理解為由于定位瞬間各衛(wèi)星空間位置的不確定度、距離測量的不確定度、求解過程的不確定度的綜合影響。

1.2測站

與測站有關(guān)的誤差包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素影響等，這些因素都可影響GPS-RTK在三維坐標(biāo)放樣中的精度。例如：當(dāng)采用同類型GPS接收機(jī)和同型號GPS天線進(jìn)行觀測時(shí)，兩個(gè)GPS天線相位中心在高程方向上偏差之差在1mm之內(nèi)，當(dāng)采用不同類型GPS接收機(jī)、或不同型號GPS天線進(jìn)行高精度變形監(jiān)測時(shí)，兩個(gè)GPS天線相位中心在高程方向上偏差之差在5-12mm左右，應(yīng)顧及GPS天線相位中心在高程方向上偏差的影響。

1.3距離

與距離有關(guān)的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。電離層誤差、對流層誤差同信號傳播有關(guān)的誤差將隨移動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離的增加而加大，RTK的有效作業(yè)半徑是有限的（一般為12km內(nèi)）。

針對以上誤差的來源，采取相應(yīng)減弱誤差的措施：

由于來源、方位、角度、強(qiáng)度、遠(yuǎn)近等因素在現(xiàn)場具有極強(qiáng)的隨機(jī)性，導(dǎo)致其無法進(jìn)行定量描述或施加改正數(shù)，因此，只能采取措施或刻意回避強(qiáng)影響因素以削弱放樣成果的不確定度。具體應(yīng)該做到：

1.3.1基準(zhǔn)站應(yīng)避免選擇在無線電干擾強(qiáng)烈的地區(qū)，包括反射面和發(fā)射源。RTK基準(zhǔn)站初始化后，必須到另外的點(diǎn)位（已知點(diǎn)或前期放樣的點(diǎn)位）進(jìn)行檢核，最好位于遠(yuǎn)方端點(diǎn)。在進(jìn)行測量時(shí)，基準(zhǔn)站要選擇在比較中心、位置空曠開闊的至高點(diǎn)上，且周圍無磁場的影響，這樣流動(dòng)站接收的信號好。

1.3.2基準(zhǔn)站盡量選擇測段中部高地，可避免因距離過大或失鎖帶來的精度降低或重新初始化的不足。

1.3.3注意更換投影帶，改變抵償水準(zhǔn)面區(qū)域附近的基準(zhǔn)站設(shè)置，盡量在同一系統(tǒng)下工作，可減少坐標(biāo)換算誤差。

1.3.4移動(dòng)站遇到大范圍密林、長的橋洞、密集的樓群等，應(yīng)盡量繞行或快速穿過，避免斷鏈。

2　RTK進(jìn)行點(diǎn)放樣的儀器參數(shù)設(shè)置

本次利用RTK進(jìn)行點(diǎn)放樣采用的儀器為中海達(dá) V8型，界址點(diǎn)測量和曲線放樣也使用該款同型號儀器。

2.1測前準(zhǔn)備：獲取2～3個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)（如果沒有已知數(shù)據(jù)可用靜態(tài)GPS先進(jìn)行控制測量。本次試驗(yàn)為用靜態(tài)GPS進(jìn)行控制測量得到的坐標(biāo)值），解算或用相關(guān)軟件求出放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，檢查儀器是否能正常使用。

2.2基站的架設(shè)：將基準(zhǔn)站架設(shè)在較空曠的地方（附近無高大建筑物或高壓電線等），然后開啟基準(zhǔn)站主機(jī)，等到主機(jī)連上服務(wù)器后在打開手簿。

2.3建立新工程：點(diǎn)擊“項(xiàng)目”圖標(biāo)，進(jìn)入項(xiàng)目設(shè)置界面，點(diǎn)擊“新建”圖標(biāo)，進(jìn)入輸入界面，輸入完以后，點(diǎn)擊圖標(biāo)

2.4設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù) ：點(diǎn)擊菜單“參數(shù)”進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面后，首先設(shè)置橢球，源橢球?yàn)槟J(rèn)的“WGS-84”，當(dāng)?shù)貦E球則要視工程情況來定，我國一般使用的橢球有兩種，一為“北京54”，一為“國家80”工程要求用哪個(gè)就選哪個(gè)（本次試驗(yàn)選用的是“北京54”），點(diǎn)擊框后面的下拉小箭頭選擇。

再設(shè)置投影，方法為：點(diǎn)擊屏幕上“投影”，界面顯示了“投影方法”以及一些投影參數(shù)。因?yàn)楣こ虦y量一般常用高斯投影，所以本實(shí)驗(yàn)選用“三度帶 ”，選擇好投影方法后，接著要修改的是“中央子午線”，修改方法是雙擊中央子午線的值，輸入測區(qū)的概略中央子午線值——因?yàn)檫@次實(shí)驗(yàn)是在學(xué)校進(jìn)行，所以該處輸入當(dāng)?shù)氐母怕灾醒胱游缇€值“114：00：00.00000E”。

最后設(shè)置好投影參數(shù)后，將橢球轉(zhuǎn)換、平面轉(zhuǎn)換、高程擬合全設(shè)為無。

設(shè)置方法都是點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)換模型”框右邊的下拉小箭頭進(jìn)行選擇，選擇完后，點(diǎn)擊界面“”按鈕，再點(diǎn)擊彈出窗口的“OK”，點(diǎn)擊界面右上角“”退出5、參數(shù)設(shè)置：連接并設(shè)置基準(zhǔn)站主機(jī)：GIS+手簿和基準(zhǔn)站主機(jī)使用藍(lán)牙連接，并在連接后對基準(zhǔn)站主機(jī)進(jìn)行設(shè)置。

連接主機(jī)：點(diǎn)擊屏幕右下的“連接GPS”按鈕，接著進(jìn)入設(shè)置參數(shù)界面，檢查好參數(shù)沒有問題了之后，點(diǎn)擊屏幕右下角的“連接”按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙搜索界面，點(diǎn)擊界面“搜索”按鈕，直到屏幕上出現(xiàn)將要連接的RTK基站（已經(jīng)架好并已開機(jī)）的機(jī)身碼后，點(diǎn)擊“停止”，再點(diǎn)選好要連的機(jī)身號，讓藍(lán)色選擇條選到要連的機(jī)身號上，再點(diǎn)擊“連接”。

設(shè)置基準(zhǔn)站：點(diǎn)擊左上角“接收機(jī)信息”按鈕，在下拉菜單里點(diǎn)選“設(shè)置基準(zhǔn)站”，進(jìn)入設(shè)置基準(zhǔn)站界面，點(diǎn)擊“”按鈕，畫面跳入采集界面，當(dāng)屏幕右下角文字變成“開始”時(shí)，點(diǎn)擊屏幕右上角的“”按鈕；接著點(diǎn)擊畫面上的“數(shù)據(jù)鏈”按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)鏈設(shè)置界面：有三種模式可選一為內(nèi)置電臺，二為內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)，三為外部數(shù)據(jù)鏈，本次實(shí)驗(yàn)選用的是“內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)”，設(shè)置服務(wù)器并修改分組號和小組號（其中：組號為七位后三位不得大于255，小組號為三位，也不得大于255），設(shè)置好數(shù)據(jù)鏈后，點(diǎn)擊“其他”按鈕，進(jìn)入其他設(shè)置界面，本次試驗(yàn)差分模式選RTK，電文格式選CMR，高度截止角選12度；最后設(shè)置好后點(diǎn)右下角的“確定”按鈕并斷開與基準(zhǔn)站的藍(lán)牙連接。

連接并設(shè)置基準(zhǔn)站主機(jī)：設(shè)置移動(dòng)站，用手簿連接移動(dòng)站，連接方法與連接基準(zhǔn)站一樣，連接成功后，點(diǎn)擊左上角的下拉菜單，選擇設(shè)置移動(dòng)站，進(jìn)入移動(dòng)站設(shè)置界面，其要設(shè)置的參數(shù)與基站保持一致，否則移動(dòng)站無法工作。

3　利用RTK進(jìn)行曲線放樣

公路、鐵路、渠道、輸電線以及其他管道工程都屬于線型工程，他們的中線通稱為線路。這些線路實(shí)際上是由空間的直線段和曲線段組合而成。在線路方向發(fā)生變化的地段，連接轉(zhuǎn)向處的曲線稱為平曲線。平曲線有圓曲線和緩和曲線兩種。圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。

圓曲線放樣時(shí)，首先放樣曲線主要點(diǎn)，即ZY（直圓點(diǎn)）、QZ（曲中點(diǎn)）、YZ（圓直點(diǎn)）。α為交點(diǎn)JD上實(shí)地測出的偏角，圓曲線半徑由設(shè)計(jì)給出。

圖4-1　曲線要素圖

一般方法是根據(jù)曲線要素放樣出曲線主點(diǎn)，再用已放樣出的主點(diǎn)放樣出其他點(diǎn)，由于放樣時(shí)是依據(jù)已放樣的主點(diǎn)，這樣容易造成誤差的累積。

常規(guī)儀器主點(diǎn)測設(shè)時(shí)，將經(jīng)緯儀置于交點(diǎn)JD上，以線路方向定向，即自JD起沿兩切線方向分別量出切線長T，即可定出曲線起點(diǎn)ZY和終點(diǎn)YZ，然后在交點(diǎn)上后視點(diǎn)ZY（或YZ），撥（180°-α）/2角，得分角線方向，沿此方向量出外矢距E，即得曲線中點(diǎn)QZ。在將儀器架設(shè)在ZY（或YZ）用極坐標(biāo)法或偏角法進(jìn)行曲線的詳細(xì)放樣。

4　結(jié)語

通過本論文的研究，介紹了在測量工作中RTK用于工程放樣和界址點(diǎn)位測量，其精能滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。隨著GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)傳輸能力的增強(qiáng)，數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性，抗干擾性水平和軟件水平的提高，相信本論文中提到的不足之處在不久的將來會(huì)得到改善，那樣會(huì)使得RTK技術(shù)將在和工程放樣和地籍測量及其他領(lǐng)域得到更廣闊的應(yīng)用。GPS RTK技術(shù)己經(jīng) 在測量和工程界產(chǎn)生了重大變革，帶來了空前的高效率。

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鄧文質(zhì)（1989.09-），男，本科，測繪工程，助理工程師，研究方向：工程測量。

P228.4

A

1003-5168（2015）11-142-02