移動(dòng)RTK 在工程測(cè)量中的應(yīng)用

單繼國(guó)SHAN Ji-guo

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司銀西項(xiàng)目部，天津 301700）

0 引言

在工程建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、施工和維護(hù)階段，精確的測(cè)量數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的測(cè)量方法往往耗時(shí)且精度有限，隨著技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)RTK 作為一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，其實(shí)時(shí)、高精度和便攜的特點(diǎn)，使其成為工程測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)革命性進(jìn)步。移動(dòng)RTK 不僅可以大幅提高工作效率，還可以在復(fù)雜的地形和環(huán)境條件下保持高精度的測(cè)量結(jié)果。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，介紹移動(dòng)RTK 的技術(shù)原理，并分析其在工程測(cè)量中的應(yīng)用及其帶來(lái)的益處。通過(guò)對(duì)移動(dòng)RTK 在工程測(cè)量中應(yīng)用的深入探討，可以更好地理解這一技術(shù)如何優(yōu)化測(cè)量工作，以及它在未來(lái)工程測(cè)量中的潛在發(fā)展方向。

1 工程概況

新建銀川至西安鐵路甘寧段站前工程YXZQ-2 標(biāo)段第一項(xiàng)目管段范圍正線起訖里程DK194+170.06～DK206+710，管段全長(zhǎng)12.54km。

本管段正線路基2408.9m，占線路長(zhǎng)度19.20%；其中區(qū)間路基963.55m，站場(chǎng)1445.35m。正線橋梁2506.74m，占正線20%；橋梁4 座；涵洞7 座；正線特大橋2 座；其中1024.8 延長(zhǎng)米/1 座，1125.06 延長(zhǎng)米/1 座，大橋2 座其中207.2 延長(zhǎng)米/1 座；149.68 延長(zhǎng)米/1 座，共設(shè)7 座箱涵，1-2m/2 座，1-4/2 座，1-5/1 座，1-6/2 座。正線隧道7633.2m，占正線60.8%。

本管段地貌為黃土梁峁溝壑區(qū)（見(jiàn)圖1），其特點(diǎn)為：地形起伏較大，呈穹狀丘陵或條狀嶺崗，殘塬（梁）間河流溝谷深切，發(fā)育涇河及其支流，高程650～1160m。區(qū)域內(nèi)有礦區(qū)和林地，村鎮(zhèn)大多數(shù)分布在主要塬面和河流寬谷區(qū)域。在本管段內(nèi)使用移動(dòng)站RTK 能夠提高前期測(cè)量工作的效率與精度，進(jìn)而加快推進(jìn)工程建設(shè)的速度，節(jié)省人力與進(jìn)度成本。

圖1 銀西鐵路YXZQ-2 標(biāo)段局部地貌圖

圖2 RTK 儀器使用示意圖

2 準(zhǔn)備工作

2.1 儀器設(shè)備準(zhǔn)備

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，項(xiàng)目部購(gòu)買(mǎi)南方S86GPS 進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)量工作，該儀器設(shè)備的具體配置見(jiàn)表1 所示。

表1 南方S86 GPS 儀器配置表

2.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

根據(jù)銀西鐵路現(xiàn)場(chǎng)RTK 施工需要準(zhǔn)備了平曲線表（見(jiàn)表2）、控制點(diǎn)坐標(biāo)表（見(jiàn)表3）、坡度表（見(jiàn)表4）、施工圖紙等數(shù)據(jù)。

表2 平曲線表

表3 控制點(diǎn)坐標(biāo)表

表4 坡度表

復(fù)測(cè)結(jié)果合格且與設(shè)計(jì)院提供的坐標(biāo)數(shù)值相差不大，在允許范圍內(nèi)，繼續(xù)使用設(shè)計(jì)院提供的控制點(diǎn)坐標(biāo)。

2.3 參數(shù)計(jì)算的基本原理與目的

基準(zhǔn)站和移動(dòng)站都是以WGS84 坐標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算移動(dòng)站與不同衛(wèi)星之間的距離求出一個(gè)對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)[1]。而在實(shí)際施工中用到的坐標(biāo)大多數(shù)與其并不相同。因此需要求出兩個(gè)不同坐標(biāo)之間的參數(shù)，以便能使用現(xiàn)有坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量工作。七個(gè)參數(shù)分別是：三個(gè)坐標(biāo)平移量（ΔX，ΔY，ΔZ），即兩個(gè)空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)之間的坐標(biāo)差值；三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度（Δɑ，Δβ，Δγ），按照一定的順序通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)坐標(biāo)軸的一定角度可以使兩個(gè)空間坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸重合；尺度因子K，它是在兩個(gè)空間坐標(biāo)系內(nèi)同一直線的長(zhǎng)度比值，它能夠?qū)崿F(xiàn)尺度的比例轉(zhuǎn)換。通常情況下近乎等于一[2]。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)校核

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇使用外置電臺(tái)進(jìn)行測(cè)量工作。

首選在手薄中打開(kāi)測(cè)繪軟件，選擇工程→點(diǎn)擊新建工程→輸入工程名稱（如：YXTL001）→點(diǎn)擊確定→根據(jù)需要選擇坐標(biāo)系統(tǒng)（本工程選擇CGCS2000 坐標(biāo)系）→將控制點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入或者輸入到坐標(biāo)管理庫(kù)中→將基準(zhǔn)站架設(shè)到堅(jiān)固可靠且位置適合的地方（本工程將基準(zhǔn)站架設(shè)到靠近工程線路中間部位，且視野開(kāi)闊的山頂。并將基站與外置電臺(tái)、電瓶連接、設(shè)置好。）→將移動(dòng)站從起點(diǎn)開(kāi)始（NCPI111）進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量→選擇求轉(zhuǎn)換參數(shù)→在坐標(biāo)管理庫(kù)中調(diào)出當(dāng)前點(diǎn)控制點(diǎn)坐標(biāo)→點(diǎn)擊確定→移動(dòng)站為固定解時(shí)且水平氣泡居中讀取坐標(biāo)并輸入天線高→更改點(diǎn)名（ncpi111）→點(diǎn)擊確定→保存→點(diǎn)擊應(yīng)用。

以此類推，將控制點(diǎn)全部采集完成后，求得七個(gè)參數(shù)，并應(yīng)用到本工程中。控制點(diǎn)信息采集以首尾各采集兩個(gè)點(diǎn)，中間點(diǎn)按照分布情況適當(dāng)選擇為宜。當(dāng)然采集的控制點(diǎn)越多，得出的結(jié)果越精確，應(yīng)用也更方便[3]。

3 實(shí)際應(yīng)用

銀西鐵路包含橋涵、隧道、路基等多種單位工程，針對(duì)單位工程的不同，合理地選擇測(cè)量方式，才能更高效地完成測(cè)量任務(wù)。使用RTK 進(jìn)行測(cè)量不用考慮通視的問(wèn)題，較傳統(tǒng)全站儀測(cè)量更加高效。但RTK 在信號(hào)遮擋及干擾比較嚴(yán)重的環(huán)境下不能使用。故隧道測(cè)量中仍需傳統(tǒng)全站儀進(jìn)行測(cè)量施工。

3.1 原地貌測(cè)量

銀西鐵路我標(biāo)段進(jìn)場(chǎng)后需要對(duì)原有地形地貌進(jìn)行測(cè)量。作為計(jì)量及合理規(guī)劃施工組織的基礎(chǔ)。根據(jù)畫(huà)圖及目的的不同需求，測(cè)量時(shí)采集的點(diǎn)位密疏程度也不同，所用的比例尺越大，采集的點(diǎn)位越密。銀西鐵路甘寧二標(biāo)采用的是1∶200 的比例進(jìn)行地形地貌的測(cè)設(shè)。

原地貌采集的方法有兩種，第一種是在已設(shè)定的工程中選擇線路測(cè)量，第二種是直接選擇點(diǎn)位測(cè)量，兩種方法的實(shí)際操作大同小異，結(jié)果也是一致的。銀西鐵路甘寧二標(biāo)采用的是道路測(cè)量的方式進(jìn)行地形地貌的測(cè)繪[4]。

儀器架設(shè)完成后，啟動(dòng)基準(zhǔn)站及移動(dòng)站，因?yàn)榍捌趨?shù)已經(jīng)設(shè)置完成，開(kāi)機(jī)后手簿通過(guò)藍(lán)牙自動(dòng)與主機(jī)進(jìn)行連接[2]。打開(kāi)手簿里的測(cè)量程序后選擇工程名稱（YXTL001）、橢球系名稱（CGCS2000）及其他參數(shù)。在固定解后選擇控制點(diǎn)校正，選擇線路測(cè)量。在線路測(cè)量中會(huì)顯示斷面里程、左右偏距及點(diǎn)位坐標(biāo)。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的完整性，測(cè)量的范圍大于紅線范圍的原地形地貌。

原地貌點(diǎn)位采集完成后，將采集到的點(diǎn)位信息導(dǎo)入到Excel 表格或CAD 圖中，根據(jù)點(diǎn)位信息畫(huà)出地形地貌圖及斷面圖[5]。

3.2 棄渣場(chǎng)測(cè)量

銀西鐵路甘寧二標(biāo)共有4 個(gè)棄渣場(chǎng)，棄渣場(chǎng)分布松散，面積較大，地形復(fù)雜，遠(yuǎn)離施工線路。故采用點(diǎn)位測(cè)量的方法采集棄渣場(chǎng)的地形及面積。

棄渣場(chǎng)測(cè)設(shè)與原地貌測(cè)量步驟基本一致。架立好基站后，選擇打開(kāi)工程（YXTL001），選擇好參數(shù)后，選擇點(diǎn)位測(cè)量。在棄渣場(chǎng)周?chē)凶兓奶卣鼽c(diǎn)處進(jìn)行點(diǎn)位信息采集。棄渣場(chǎng)點(diǎn)位信息采集完成后，根據(jù)點(diǎn)位信息畫(huà)出斷面圖，或者使用南方cass 軟件，來(lái)分析棄渣場(chǎng)的土石方容量，并制定合理的棄渣方案[6]。

3.3 施工放樣測(cè)量

銀西鐵路甘寧二標(biāo)路基放樣使用RTK 中的道路放樣進(jìn)行測(cè)量放樣工作，RTK 可通過(guò)手簿軟件或測(cè)量員軟件，直接計(jì)算出需要放樣的點(diǎn)、直線、曲線。可以直觀地顯示出道路斷面的實(shí)際情況。如里程、距設(shè)計(jì)線左右偏距，高度等情況。從而高效地完成路基的放樣工作。

銀西鐵路甘寧二標(biāo)在樁基與承臺(tái)、涵洞的放樣工作就是將計(jì)算好的坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入到RTK 手簿的點(diǎn)位數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后進(jìn)行放樣工作。這樣做不需要考慮現(xiàn)場(chǎng)地形的影響條件，也能根據(jù)需要更快，更精確地完成測(cè)量放樣工作。

4 RTK 在工程測(cè)量中的注意事項(xiàng)

①RTK 測(cè)量工作雖然比傳統(tǒng)全站儀測(cè)量更加獨(dú)立、快捷，但在其前期參數(shù)采集、設(shè)置不統(tǒng)一時(shí)，可能造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，造成返工。因此在每次測(cè)量工作前都應(yīng)仔細(xì)核查RTK 的參數(shù)設(shè)置，保證其數(shù)據(jù)的正確性[3]。

②RTK 測(cè)量工作較傳統(tǒng)測(cè)量工作更易受到天氣、數(shù)據(jù)傳輸、周?chē)h(huán)境的影響。因此在進(jìn)行測(cè)量工作前需要多布置一些控制點(diǎn)，以便隨時(shí)對(duì)RTK 儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核。

③RTK 在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，測(cè)量工作的精度與準(zhǔn)確性與測(cè)量人員的能力水平密切相關(guān)；因此在實(shí)際測(cè)量工作中，必須在儀器得到固定解后才能將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，否則所記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)就會(huì)是不準(zhǔn)確的，不能滿足測(cè)量工作的要求。在搬運(yùn)和使用儀器的時(shí)候，必須小心謹(jǐn)慎，以免損傷儀器的元件，保證儀器在測(cè)量工作中的正常運(yùn)行。因此需要對(duì)測(cè)量人員進(jìn)行RTK 的使用培訓(xùn)，提高測(cè)量人員的能力水平與責(zé)任心。

5 結(jié)束語(yǔ)

RTK 技術(shù)究其根本就是一種CNSS 定位技術(shù)。目前比較成熟的體系包括美國(guó)的GPS 系統(tǒng)、我國(guó)的北斗系統(tǒng)、歐盟的伽利略系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)。

雖然說(shuō)RTK 技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量工作的不足，為工程測(cè)量工作帶來(lái)極大的便利，但RTK 本身固有的缺陷，也會(huì)對(duì)工程施工的精度及進(jìn)度產(chǎn)生一定的不良影響。將RTK 技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量方法聯(lián)合起來(lái)，相互配合，充分地發(fā)揮普通測(cè)量方法與RTK 各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)大力發(fā)展RTK系統(tǒng)的兼容性，使用多系統(tǒng)、多頻段的觀測(cè)方式，減少RTK 測(cè)量對(duì)單一系統(tǒng)的依賴性，降低由單系統(tǒng)測(cè)量方式帶來(lái)的信號(hào)差，精度低，等待固定解時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。這是未來(lái)RTK 技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，也是不斷推動(dòng)現(xiàn)代化和信息化建設(shè)的重要力量。