GPS RTK技術在城市地下管線測量中的應用探討

■樊偉平

（中煤航測遙感集團有限公司　陜西　西安　710199）

GPS RTK技術在城市地下管線測量中的應用探討

■樊偉平

（中煤航測遙感集團有限公司陜西西安710199）

本文簡要介紹了GPS RTK技術的基本原理,結合管線測量的特點,對GPS RTK技術在地下管線測量中的應用進行了詳細的分析與總結。

GPSRTK地下管線測量

隨著全球定位系統GPS(Global Positioning System)技術的快速發展,定位精度的不斷提高,GPS技術,特別是動態GPS技術(RTK-RealTimeKinematic)在工程測量中的應用也越來越廣泛。GPS RTK定位技術,因其直觀快捷、實時性強、點位誤差不累積等優點在測繪生產中得到了普遍的使用,從而使測繪由此進入一個嶄新的時代。

1　GPS概況

全球定位系統GPS是美國國防部建立的,由分布在地球兩萬多公里高的軌道上運行的24顆人造衛星組成的衛星導航系統,目前有28顆工作衛星。它可保證在地球的任何地方能夠同時接收到4-12顆衛星所發出來的訊號,以三角測量的原理計算出收訊者在地球上的位置,從而能夠實現地球表面及其上空任何地點,任意時刻的三維定位、測速、定時,其主要特點是三維,實時全天候,全球范圍,用戶數量無限,免費信號資源,凡是需要定位、測速、定時的工作都可以采用GPS來解決。

2　GPS RTK基本原理介紹

GPS定位模式根據作業模式可將分為三大類：絕對定位、相對定位、差分定位三大類。

RTK(RealTimeKinematic)定位技術是以載波相位測量與數據傳輸技術相結合的實時差分GPS技術。它是GPS測量技術發展中的一個新突破。它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。他有三部分組成：（1）基準站；（2）數據鏈；（3）流動站。

RTK定位過程：基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站,在流動站通過無線電接收基準站發射的信息,將載波相位觀測值實時進行差分處理,得到基準站和流動站的坐標差△X、△Y、△Z,坐標差加上基準站坐標就可得到流動站的WGS-84坐標,通過坐標轉換等到每個流動站點的x、y、z。

3　GPS RTK技術的特點及在地下管線測量中的應用

3.1不需要建立管線測量控制網

RTK的作業模式進行管線測量時,不需要建立管線測量平面控制網,只需考慮與測區原有已知點的聯測,求得GPS坐標(WGS-84)與當地坐標的轉換參數,將GPS測量成果轉換為當地城市坐標成果即可。如果測區已建立了精度達到2~3cm的大地水準面模型,RTK則同時得到滿足精度要求的管線點的高程,而無需采用水準測量方法來建立高程控制網。同時用RTK進行管線測量,不受場地的限制,特別是在道路施工建設的雜亂現場,不要求通視條件,夜晚照樣可以施測,非常適合對正在施工的地下管線,進行覆土前的竣工跟蹤測量。

3.2定位精度高

RTK接收機標稱精度可達1cm±1ppm(平面),2cm±1ppm(高程)。并且各測點精度均勻,點位誤差不累積。而常規全站儀測量地下管線點的精度：相對于臨近控制點,平面測量中誤差不得大于± 5cm,高程測量中誤差不得大于±3cm。

兩者比較,RTK測量具有較大的優勢。

3.3適合長距離施測

RTK的作業半徑(基準站到流動站的直線距離)一般能夠達到6km左右,在為衛星條件良好,電臺信號大的情況下,甚至可達到10-15km。特別適合長距離的管線測量。如果測區范圍內已建立了GPS連續運行參考站的話,可測量覆蓋范圍將更大。

3.4采集速度快

采用常規的1+2配置的RTK作業模式,即一臺基準站,兩臺流動站,可以同時兩個測量小組進行管線點坐標采集,必要時可采用1+3的配置。在建立了GPS連續運行參考站地區,理論上可無限組同時進行采集。每一個測點在幾秒鐘內即可實時獲得三維坐標,非常適應管線測量采集點多的要求。

4　RTK測量技術用于管線測量的局限性

目前,RTK技術對于像管線測量這樣的城市測量來說,還是存在一些自身的局限性,主要表現在以下幾點：

4.1衛星信號問題

RTK技術同靜態GPS測量一樣都受到衛星信號的制約。

管線實地埋設位置地理環境復雜多樣,特別是城市建筑密集地區,狹窄街道上的管線,靠近路邊建筑物,由于GPS衛星信號穿過障礙物之后變得十分微弱,甚至被完全遮擋,RTK接收機無法實現定位,或由于周邊建筑對GPS信號產生反射,形成多路徑效應,產生較大的定位誤差。目前這種情況隨著GPS接收機技術的進步將會發生改變,像天寶、拓撲康等品牌的RTK設備已推出可同時接收GPS、俄羅斯Glonass衛星定位系統的RTK設備,甚至將推出能夠與多種衛星系統相兼容的GPS+Galileo+Glonass接收機,從而很容易就能接收到5顆以上衛星,實現RTK的準確定位。

4.2數據傳輸問題

常規RTK作業模式,流動站能否連續、可靠的接收基準站播發的信號,是RTK測量的關鍵。由于基準站電臺功率的問題,制約了流動站和基準站的距離,還有城市中建筑物的阻擋問題和其他電磁波的干擾等問題,往往也使得RTK作業無法進行。隨著城市GPS連續運行參考站的建立,RTK通訊不再依靠電臺,而是采用GPRS或CDMA等移動通訊技術傳輸信號,從而保證了城市中RTK通訊的可靠性。

4.3作業時段問題

RTK測量還受到天空環境的影響,每天的中午,由于受電離層干擾大,共用衛星數少,RTK常接收不到5顆衛星,初始化時間長甚至無法初始化,因而也就無法進行測量。根據我們的試驗,在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量,在上午11點到下午3：30分之間就很難進行,而避開這個時段,采用RTK測量結果快而準。因而RTK測量在作業時段的選擇上具有一定的局限性。

5　結論

通過GPS RTK作業模式在我院管線測量中的實踐證明：

（1）RTK技術在管線測量中的使用,將給管線測量工作帶來很大的方便,將大大提高了管線測量的作業效率和工作質量,降低了勞動強度,節省了測量費用,使管線測量變得更輕松容易。

（2）RTK測量實際作業時,應選擇合適的作業時段。同時不同機型的功能質量高低差異很大,應選擇高質量的,支持雙星或三星的機型,其初始化能力強,受作業環境的限制小。

（3）在建立了城市GPS連續運行參考站和完成了似大地水準面精化的城市,由于網絡RTK可以在較大的工作范圍內,方便輕松地實現高精度的三維坐標采集,網絡RTK在管線測量中具有更加明顯得優勢。

[1]CJJ73-97,《城市全球定位系統城市測量技術規范》[S].

[2]CJJ8-99,《城市測量規范》[S].

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-212-1