RTK与全站仪在现代工程测量中的应用 |
| 2013-01-18 14:01 作者：王宝良 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，RTK测量是现代测量技术的一个新发展，能实现全站仪测量的许多功能；全站仪固有的特性决定它的不可替代性。
关键词：RTK；工程测量；全站仪；RTK和全站仪两者功能可为互补；在现代测量中大显身手
由于科学技术的飞速发展，测绘技术和测绘手段不断提高。特别是我国北斗导航系统的投入应用，测绘工作变得越来越简单、精确、方便。自美国GPS系统在测绘工作中应用以来，时间已接近二十多年。RTK技术是在GPS的基础上发展起来的。随着测量技术的日新月异，现阶段RTK的功能越来越全面，已深入到工程建设中的方方面面，大有替代全站仪一统测绘行业的趋势。但GPS能不能替代全站仪完成各项工程建设中的测绘工作呢？
我们知道，测绘工作在工程中主要的特点，就在于测绘定位的准确性、完整性、及时性，测绘的三维坐标的精度能够及时准确地满足工程建设的需要。随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（realtimekinematic）测量技术日益成熟，ＲＴＫ测量技术逐步在测绘中得到广泛的应用。ＲＴＫ测量技术因其精度高、实时性、高效性，使得其在城市测绘中的应用越来越广泛。根据其性能特点：RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。其基本思想是：在基准站设置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理。实时地解算整周模糊度未知数，并计算显示用户站的三维坐标及精度。通过实时计算的定位结果，使可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况。实时地判断结果是否成功，从而减少冗余观测量，缩短观测时间。RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS接收设备，数据传输设备，软件系统数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成。它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。定位分为两种：静态定位测量和动态定位测量。一般静态定位测量主要是速度比较慢，每站需要四十五分钟左右，需要的人员比较多，但精度非常高，平面坐标可以达到厘米级，高程基本上也可以达到厘米级。适用于工程建设方面首级点位的控制测量。动态状态下定位测量，在宽阔无障碍物的情况下，速度快，精度高。广泛适应于开阔地域地形图测量时的数据采集及地质、勘探、井位定位等方面的工作。
这些是RTK最基本的功能，除这些基本功能外，它还具有其他方面的许多功能：1）工具功能：①角度换算。②坐标换算。③面积计算。④距离方位。⑤间接测量。2）测量功能：①碎部测量。②点放样。③线放样。3）道路测量功能：①平面设计与文件编辑。②纵断面设计与文件编辑。③横断面设计与文件编辑。④横断面采集。这些功能基本涵盖了全站仪的全部功能，有些功能还是全站仪不具备的，如.坐标换算等。RTK源椭球坐标系是WGS-84坐标系，过去我国基本使用的是北京54坐标系；大部分图纸、野外高级控制点（三、四等控制点）使用的是这个坐标系。还有市政工程中使用的是独立坐标系。现代一般使用80坐标系。RTK可实时地在这些坐标系之间进行置换，我们可以根据工作需要，选择自己需要的坐标系。全站仪八十年代开始使用。九十年代初，就在我国开始广泛应用。随后国产全站仪也开始走向市场，国产全站仪价格低廉，性能经过不断完善，已在工程测量中广泛使用。由于初期美国在GPS民用方面的限制，在精确测量方面精度达不到要求，而全站仪功能多、精度高，使用也方便，使得全站仪在精确测量方面一直占主导地位，直到RTK技术的开发利用之前。由于多年来我们经常使用全站仪，它的性能特点我们基本都清楚。虽然全站仪种类很多如莱卡、拓普康、博飞、南方、科利达等许多种，但基本功能是一致的。现代工程测量中，大面积控制测量已经比较少，代之而起的是中小型的工程测量。主要分布在大、中、小城市的市政建设方面；矿山勘探之类的测量主要分布在山区，面积也不是很大，一般是几个平方公里。这些工程的特点是面积小，精度要求比较高等。RTK都能满足这方面的精度要求。RTK能够精确快速地提供工程建设需要的控制点，特别是城市控制网，面积大，精度高，使用频繁。城市I、II、III级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏。影响了工程测量和工程施工的进度。RTK可以快速精确地提供控制点，极大的提高工作效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，而且观测点高差过大会影响水平角的测量，进而影响平面位置点的精度，费时费工。且精度不均匀，误差具有传递性累积性。GPS静态测量，点间不需要通视且精度高。但须要事后进行数据处理。不能适时地知道定位结果。如内业发现精度不符合要求时，则必须返工。应用RTK技术将无论是作业精度还是作业效率上都具有明显的优势。
既然RTK这么方便，是不是就可以代替全站仪呢？根据多年的工作经验，觉得还是不能。因为还有许多因素影响制约着RTK测量的精度。这方面包括：1）卫星截止高度角要在15度以上，无大型遮挡物。2）无电磁波干扰。（200米内没有微波站、雷达站、手机信号站等，50米内无高压线）3）在用电台作业时，位置要求要比较高。基准站到移动站之间最好无大型遮挡物，否则差分传播距离迅速缩短，有效作业范围大幅降低。4）至少两个已知点（最好为三个或三个以上，可以检校已知点的正确性）这些方面限制了RTK的功能。在实际测量中，对于小范围内的测地形图、测宗地，我们在建立基站后，一般利用动态移动站对工作范围内的地形、地物、地貌进行数据采集数据，详细测量。而对于采集数据的质量、精度，一般根据手薄显示的三维坐标误差进行判断、取舍。误差超限的舍去，达到精度要求的予以储存保留。城市内房屋等各种建筑物特多，而且多是高层建筑，严重影响信号质量，测量状态处于单点、浮动状态，很难达到固定解状态。加上城市内电信电磁信号多，有时一步之隔，测量状态就不一样。在矿山测量中，洞内由于完全无信号，RTK自然无法测量。当然对于各种隧道内的测量，RTK基本上就没有办法，只有全站仪才能发挥其特有的优越性。就是在洞外，由于山体本身结构复杂，树木茂密，河流多，卫星信号差，测量状态处于无解、单点时候常有。这些情况决定了在现代工程测量中，还必需要使用全站仪，离不开全站仪。全站仪的适应性比较广泛，它不受天气环境的影响（有温度气压、地球曲率方面的改正），也不受电磁波等各方面的影响。对于山区复杂地区的地形图测量，由于面积小，比例尺大。都需要对其地形、地物、地貌进行详细准确的测量，这时我们只有使用全站仪才能达到这种要求。只有这样我们才能高质量快速地完成工程方面的工作任务。我们在城市宗地测量中也多次遇到这种情况，建筑物密集，电磁波等各方面的影响大。RTK接收机的信号时好时坏，有时等半个多小时测量状态还是处于浮动状态，平面坐标误差0.3米左右，有时显示误差更大。高程误差也在一米多。不得已，我们只好使用全站仪对建筑物结构位置进行精确测量。
在常用工程测量中，具体体现在下面几个方面：
1）城市建设区和规划区的控制测量。城市控制网控制面积大，精度高，还用频繁等方面的特点。城市各级导线大多位于地面，由于城市建设的快速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度。如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规的控制测量如用全站仪进行的导线测量，要求两点之间必须通视，需要量测两点之间测量时的温度、气压，以便进行改正。这样工作起来费工费时，而且工作成果精度不均匀。利用RTK进行测量，两点之间不需要通视。也不需要量测温度、气压，作业效率高，比全站仪具有明显的优势。
2）航测方面像控点测量。像控点测量是航空摄影测量外业方面主要工作之一。传统方
法要布设大量的导线来测量碎部点，由于航测一般面积比较大，或者地形复杂。布设导线工作量极大。全站仪使用起来人员多，很不方便。利用RTK技术测量，只需要在测区内或测区附近的高级控制点架设基准站。利用移动站直接进行测量各像控点的平面坐标和高程。RTK移动站在固定解状态下测得的点位，其精度都能达到像控点的精度要求。与传统作业比较，它不需要逐级布设控制点，缩短了作业时间，提高了工作效率。
3）线路中边线放样测量。RTK测量技术用于市政道路中线边线放样，也可进行电力的
测量放样。在架设好基站后，只要地形开阔，无其他障碍物等影响，基本上一个人就可以进行定位放线。使用全站仪放线，至少需要两个人。但在复杂地区，在保证工程质量的前提下，必须使用全站仪，因为工程施工线路不可能全在开阔地带。两者放样的技术方法基本相同。先把线路参数如起点坐标终点坐标、曲线转角角度方向（左转还是右转）、半径等输入仪器中。然后进行放样。但是，在隧道测量中，RTK静态测量可以进行首级控制。对于洞内的施工放样，只有全站仪才能发挥作用。特别是带激光的全站仪，放线简单方便快速。在2011年我们在陕西汉中地区‘西汉高速佛坪改线工程’就是用RTK进行首级控制。由于施工区域在秦岭山里，山高林密，桥梁路基放样都必须用全站仪放线。当然，隧道内也必须用全站仪放线。
4）城市建筑规划测量放线：城市建筑物样，既要满足城市规划条件的各方面要求，又要满足建筑物本身的设计要求，放样精度高。使用RTK进行建筑物放样时，需要对建筑物本身的几何关系进行检查。对于短边，其相对关系较难满足。在放样的同时，如果点位收敛精度不高，测量状态不佳，强制进行测量则有可能带来比较大的点位误差。这种情况下，对于放样的点位轴线需要进行检查。使用全站仪时，只要工作细心，一般可以避免这种情况的发生。因为全站仪不受外界信号的影响。我们在城市宗地测量中，对于在高楼夹缝中的小型建筑，由于测量状态不佳，测出的效果不是很好。甚至出现错误。不得己，我们使用全站仪对建筑物进行测量定位，得到了很好的效果。
5）在建设用地勘测中，RTK可实时地测定界址点的坐标，确利用RTK技术可实时的测量权属界限。土地分类修测，可提高测量速度和精度。根据我们实际工作的经验，地形复杂困难的地方，还离不开全站仪的配合。
6）RTK还可以和全站仪一样，在地形测量、水域测量、管线测量、房产测量等方面发挥其独特的作用。在开阔区域这些测量速度快。我们在山区为地质部门测绘地形图时，采集数据相当快，极大地提高了工作效率。个别复杂区域，由于信号受到影响，RTK的效率受到限制。只有用全站仪进行数据采集，完满地完成了野外数据采集工作。地形图的质量精度得到了保证。
综上所述，区域地区的工程测量，既需要首级控制点，也需要详细精确的碎步测量（如地形图测量采集碎部点）。RTK和全站仪各自的特性，决定了它们在工程测量中的相互关系。在特殊的地形环境下，互相补充，各显其能。由于国家在各地县都建有80级国家控制点，方便引导加密测区首级控制。RTK首级控制的灵活性及空旷地区测量的有利性为我们的工作提供了极大的方便。而全站仪在复杂地区的适应性，如隧道、矿山、山林密集地区、城市建筑物密集地区都离不开全站仪。这种情况也决定了全站仪的无可替代性。我们只有把两者结合起来，互为补充，才能完满地高质量地完成各项测绘工作。 |
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