GPS-RTK测量技术在工程测绘中的应用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
TECHNOLOGY AND INFORMATION
科学与信息化2023年4月上 53
GPS-RTK测量技术在工程测绘中的应用
孟君周 张拯铭
绍兴市炬鑫勘测规划设计有限公司 浙江 绍兴 312000
摘 要 目前随着经济社会的全面进步,工程测绘项目逐步增多,且测绘任务的难度系数明显增大,原有的测绘技术暴露出了诸多问题,难以满足工程测绘的要求。
信息时代下测绘技术发展迅速,陆续出现了数字化测量技术,如GPS-RTK技术,得益于该项技术的特殊性,此技术一经出现就在工程测绘方面受到了人们的普遍欢迎,应用范围广且效果突出。
基于此,本文重点分析了工程测绘中GPS-RTK技术的应用要点,对同类型测绘任务具有技术指导价值。
关键词 工程测绘;GPS-RTK技术;应用
Application of GPS-RTK Surveying Technology in Engineering Surveying and Mapping Meng Jun-zhou, Zhang Zheng-ming
Shaoxing Juxin Survey Planning and Design Co., Ltd., Shaoxing 312000, Zhejiang Province, China
Abstract With the overall development of economy and society at present, the project of engineering surveying and mapping is increasing gradually, and the difficulty coefficient of surveying and mapping task is increasing obviously, the original surveying and mapping technology has many problems and can no longer meet the requirements of engineering surveying and mapping. The surveying and mapping technology rapidly develops in the information age, digital surveying technology such as GPS-RTK technology appear successively.Due to its particularity, this technology has been widely welcomed in engineering surveying and mapping since its appearance, and has been widely used and achieved outstanding results. Based on this condition, this paper focuses on the application of GPS-RTK technology in engineering surveying and mapping, with technical guidance value for the same type of surveying and mapping task.Key words engineering surveying and mapping; GPS-RTK technology; application
引言
矿山开采、工程建设、应急救援等都离不开工程测绘,在当前技术发展的过程中,人们对工程测绘提出了新的要求,相关人员在参与工程测绘时需转变工作理念,引进全新的测绘技术。
GPS-RTK 测量技术是信息时代的产物,其中融合了多种现代化技术,对提高测绘效率、保障测绘精度有着关键意义。
由于每个工程测绘任务中面临的环境条件各有不同,为凸显GPS-RTK 测量技术的优势,有关人员需考虑实际情况,优化GPS-RTK 测量的技术路径,提高整体的测量水平。
1 GPS-RTK测量技术的基本概述1.1 技术简介
GPS-RTK 技术是GPS 技术基础上发展而来的,就传统的GPS 技术而言,一般需在获取数据后计算得到更高精度的结果,而RTK 可在获取数据的同时直接在现场开展计算与分析,得到实时的、厘米级精度的数据。
RTK 为实时测量的一大突破,该技术以载波相位作为传输介质,系统内包含接收站、数
据流与移动接收站,由基准站实时监测卫星,将其三维坐标与运动姿态由载波实时传递给移动站点,站点接收GPS 信号时同步接收由基站传输的坐标数据,经由差分原理得到移动站点的三维坐标。
在一些测绘地区,环境相对恶劣,森林与高山等会引起电台长波的衰减,数据传输无法正常进行,且测绘数据与实际的偏差较大,为解决这一问题,就需要实现GPS 与RTK 的结合,以发挥二者的优势,提高测绘水平[1]。
1.2 GPS-RTK 构成及其原理
1.2.1 GPS-RTK 基本构成。
工程测绘中应用GPS-RTK 技术时,相关人员需构建完善的GPS-RKT 系统,该系统内包含基
站、流动站、通信系统,在基站中又涉及GPS 接收机、GPS 天线、电源、控制器与无线电通信发射设备;流动站有无线电接收设备、电源、控制器、GPS 天线、接收机设备。
1.2.2 GPS-RTK 工作原理。
1.2.2.1 GPS 信号接收。
基准站与流动站作为系统中的核心构成,二者均能通过GPS 接收机、无线电通信接收设备接收到GPS 所传输的信号,基准站同步获取GPS 信号、参数后,由电
TECHNOLOGY AND INFORMATION
54 科学与信息化2023年4月上
台发射坐标、高程数据,流动站在接收这些数据的同时同步接收流动站参数、GPS 信号。
1.2.2.2 参数转换。
流动站不仅要接收来自基准站的坐标、高程数据,也需同步接收自身所采集的数据,在整合了这些数据后,系统可解算两站之间的实时基线,得到流动站的实时坐标值、转换参数,在将坐标转换后得到流动站格网坐标。
1.2.2.3 用户端接收。
无线电传输设备为系统中不可或缺的设备,该设备可将负责数据的传输,当其接收到坐标信息后可立即传输给用户端,由用户端内置组件接收GPS 数据,实时修正数据,得到高精度三维坐标值,构建科学且合理的GPS 基准网。
2 GPS-RTK技术在工程测绘中的应用优势2.1 作业要求低
工程测绘中的GPS-RTK 技术下可有效发挥两种测量技术的优势,在具体的测绘操作中并无明确的作业条件等规定,如在原有的人工测绘下往往需要测区的地形条件良好,且通视条件要达到标准。
但在GPS-RTK 技术下能克服不利地形地质条件的影响,实时修正有关数据后构建GPS 基准网,达到动态测量的目标,减小不利地形或天气条件的干扰,降低测绘成本,提高测绘精度。
2.2 定位精度高
GPS-RTK 技术下的测绘精度更高,采用RTK 技术采集测区内的数据时一般要申请受监管的区域CORS 服务,在现场开展独立测量并得到数据,借助CORS 网络发送差分信息。
RTK 是以VRS 理论为基础形成的新技术,在规范应用该项技术时相关人员可在区域内构建网状覆盖的GPS 基站,借助各个控制点完成数据采集与传送,这种模式下的定位精度更高,获得的测绘数据与实际的偏差非常小[2]。
2.3 自动化程度高
科学技术迅猛发展的过程中,测绘技术呈现出多样性、先进性,陆续出现了各种数字化测绘技术,与传统的人工测绘不同,数字化测绘下的自动化水平较高。
GPS-RTK 技术为典型的数字测绘技术,该项技术在应用时有较高的自动化水平,一些环节可由系统、设备自动完成,不再需要人工一步步开展相应的操作,如基准站经由GPS 接收机获取信号,借助RTK 的CORS 完成垂直定位,整个过程相对简单,人工操作少,避免了人工错误操作引起的误差。
2.4 作业效率高
利用GPS-RTK 技术开展的测绘工作也能保障极高的作业效率。
原先的工程测绘中,受限于技术条件的限制,绝大部分测绘
工作都需要人工完成,而人工作业下的效率低且极易受到各种因素的干扰,不利于保障测绘效率和测绘精度。
而利用GPS-RTK 技术可大大提高测绘效率,能在比较短的时间内完成测绘任务,整个测绘过程中的数据采集、处理和分析都相对便捷和高效。
3 工程测绘中影响GPS-RTK技术的因素及解决对策3.1 GPS-RTK 受卫星状况影响
在应用GPS-RTK 技术开展工程测绘时,GPS 全球定位系统起着关键作用,该系统最早由美国研发与应用。
目前随着生产生活领域对GPS 依赖性的提高,GPS 用户数量逐年递增,全球定位系统虽有较大的覆盖率,但其也存在一定的覆盖盲区,
在盲区内每天接收的信号较弱。
此外,如GPS 基站与通信基站建设于室内或者在室外被高层建筑、高大树木所遮挡,都将影响GPS 信号的接收,也就使GPS-RTK 技术下存在一定的信号延长,所采集和处理后的数据与实际有偏差[3]。
为有效减小卫星信号对测量的干扰,有关人员利用GPS-RTK 开展测量任务时,应提前分析测区内的卫星信号覆盖情况,检查是否存在信号盲区,如存在盲区,则要进一步了解盲区时长、发生时段。
3.2 GPS -RTK 受电离层影响
GPS-RTK 技术应用于工程测绘时,GPS 信号、数据精度同样受电力层的影响,大气中的电离层就是被太阳能辐射与宇宙线激励后构成的大气层,与地面距离大于60km ,在电离层中的全部大气均处于电离状态。
根据实际经验,电离强度与太阳辐射程度有着紧密的关系,二者为正向变化的关系,如太阳辐射越大,就意味着越强的电离,对GPS-RTK 信号的干扰越大,在一天中的12:00~13:40这一时间段内受到的干扰最大,如在该时间段内进行工程测绘,得到的数据与实际有较大偏差。
为此,工程测绘中应用GPS-RTK 技术时,考虑到电离层对测绘工作的影响,有关人员需注意选择测绘时机,一般应尽量避开太阳辐射较强的时间段,以提高测绘精度。
3.3 GPS-RTK 受数据链电台传输信号及对空通视条件的影响
工程测绘中如没有良好的通视条件,同样会影响到GPS-RTK 的应用,一旦在测区内的通视条件达不到标准,将会遮挡GPS 信号,采集、传输数据、信号的过程将受到一定的影响,也就无法提高测绘效率与精度。
考虑到数据链电台传输信号、对空通视条件对测量过程的影响,有关人员在采用GPS-RTK 技术时,特别要注意设计平面控制网时,最好选择通视条件较好的控制点,尽量避开不规则建筑或者复杂地形。
TECHNOLOGY AND INFORMATION
科学与信息化2023年4月上 55
4 工程测绘中GPS-RTK测量技术的应用4.1 工程概况
以某公路工程为例,该公路工程的路线全长较长,分为2个部分的阶段工程,第一阶段工程为南北向,南、北两端分别为金海路、东靖路,第二段工程同样也为南北向,南、北两端分别为锦绣东路、规划六路。
通过该公路工程的建设,旨在将这几个路段连接起来,构成区域内相对完善的交通网络,在该路网工程建成并投入使用后,能为人们的出行提供更多选择,保障人们出行的便捷性,缓解原有的交通压力。
但在此公路工程项目的建设中,工程区域内的道路、建筑物密集,且分布有很多高大建筑,这些建筑的遮挡影响了GPS 信号的接收和传输。
为此,为克服本项目工程测绘的难题,可采用GPS-RTK 技术。
4.2 GPS-RTK 测量技术的应用要点
4.2.1 建立测区平面控制网与高程测量。
工程测绘中平面控制网、高程测量的难度系数较大,单纯采用原先的人工测量方法,测量工作量大且时间消耗多,需要投入大量的人力物力资源,工作效率低、测绘精度差。
综合考虑本项目现场的具体情况,有关测绘人员可选用快速静态测量法,借助本地区CORS 参考基准站完成图根的控制测量,但测量时需将误差控制在3mm 上下,天线标志的指向方向为正北,天线高度的测量精度为1mm ,在工程测量前后均需测量一次天线高度,以避免测量不及时引起数据偏差。
在项目现场布设有多个控制点,每个控制点上均需观测2个时段,且每个时间段的观测时间需超10s ,数据采样时间间隔为5s ,2个时段测得的数据平面点位差不得超2cm 。
如在工程现场的作业中可达到这些测量规范与标准,将数据平均值作为控制结果。
如在工程建设中对平面控制测量有较为严苛的标准,测量人员可在按规定完成测绘任务后抽取至少10%的观测点开展检查与核对,但抽样检查点数至少为3个,在检查过程中为保障结果的可靠性,所使用的仪器必须要经过初始化处理,抽样检测数据与初次采集的数据差之间不得超过3cm 。
结合本工程项目的测量情况,总共布设有32个平面控制点,测量结果经过了精度经验。
4.2.2 控制网平差结果分析。
控制网的平差与测量区域内平面控制网建立的合理性有关,在工程测量中分析控制网平差结果,有关测绘人员可根据分析过程与结果及时识别GPS-RTK 技术下得到的测绘结果是否符合实际要求,测量数据偏差是否处于正常范围内,如确实存在数据偏差,相关人员能及时调整,将偏差控制在合理范围内。
在分析控制网平差结果时主要需考虑以下问题:①该公路工程项目中总共布设有32个控制点,一旦个别点附
和不佳,固定点中任意高程起算点,平差解算剩余点;如附和依旧不佳,可能由测量结果粗差大引起。
②有关人员在布设平面控制网时,起算点应参考公路走向、控制点总数、分布情况等来确定,以通过综合分析来确保分段平差中起算点数量的合理性。
③分段平差环节一旦存在较大误差,需及时调整。
该公路工程的测量任务中,平面控制网测量的意义重大,出现粗差的概率较高,但其他测量过程同样也会受到操作等因素的干扰。
依据本工程项目的情况,存在以下两个测量难点:①道路断面的外业测量,以本道路工程的设计要求选择中线号桩,每间隔20m 布设一个中桩,测量中线桩号的平面位置、高程时,如高程存在较大幅度的波动,可在该部位增设一个中桩,然后完成测量,依据设计标准,采用纵断面格式获取纵断面的测量数据。
横断面测量环节,横断面直线间距、曲线间距均为20m ,横断面必须为整10m 的桩号,测量宽度为道路中线两侧各20m 。
测绘人员在获取了横断面的测绘数据后,需在路中心、车行道边缘处做好标高,如标高恰好位于地形起伏较大的区域,需加密标识。
对于这种野外数据采集任务,控制网中的控制点应为参考,测绘人员在具体测量时可采用GPS-RTK 技术来确定平面位置,利用电子水准仪辅助测绘,得到高程数据,获取完整且准确的道路断面点平面、高程数据。
②绘制道路纵断面图形,在此环节的工作中有关人员需参考坐标图,将里程桩作为图纸横坐标,纵坐标为高程,参考道路中线长度来确定比例尺,依据本公路工程项目的实际情况,其比例尺应选择1∶200。
5 结束语
工程测绘的难度大、要求高,在当前为提高测绘水平,相关人员需结合测绘区域内的地形地质等基本情况,合理采用GPS-RTK 测量技术。
未来随着测绘行业的进步,相关人员需进一步研究GPS-RTK 技术,构建完善的测绘技术体系,发挥该项测绘技术的优势。
参考文献
[1] 田飞.GPS-RTK 测量技术在水利工程测绘中的应用[J].水电科技,2021(1)26-27.
[2] 张春华.GPS-RTK 测量技术在工程测绘中的运用分析[J].地矿测绘,2021,4(5):105-106.
[3] 张绍成,殷飞,胡俊亮,等.GPS/BDS-RTK 与惯导组合实现大型桥梁垂向线形测量[J].测绘科学,2022(6):1-7.。