李程勇

（溫州市燃?xì)庥邢薰?，浙?溫州 325000）

1 概述

城市地下管線多位于人行道、綠化帶，分布零散，通視條件較差，利用傳統(tǒng)方法測(cè)量效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且成本較高。隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，其中RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)脫穎而出，由于RTK測(cè)量技術(shù)的精度高、實(shí)時(shí)性和高效性，使得其在城市測(cè)繪中的應(yīng)用越來(lái)越廣。所以有了RTK測(cè)量技術(shù)，再結(jié)合全站儀很好的解決了城市地下管線測(cè)量難題，并明顯提高了效率，滿足了精度要求。

2 RTK和全站儀工作原理

2.1 RTK工作原理

RTK測(cè)量技術(shù)即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，它由三部分組成:基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈和流動(dòng)站接收機(jī)。RTK定位過(guò)程:基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測(cè)量的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無(wú)線電傳送給運(yùn)動(dòng)中的流動(dòng)站，在流動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息，將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的坐標(biāo)差ΔX、ΔY、ΔZ；坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)即得到流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)和海拔高程。通過(guò)RTK技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度，并極大地提高了控制測(cè)量作業(yè)效率。

2.2 全站儀工作原理

全站儀是全站型電子速測(cè)儀的簡(jiǎn)稱，全站儀是在經(jīng)緯儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，可以同時(shí)進(jìn)行角度（水平角，豎直角）測(cè)量，距離（斜距，平距，高差）測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，并能按一定程序和格式將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器，是一種由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測(cè)量?jī)x器。全站儀通過(guò)精密電子度盤測(cè)角、通過(guò)激光／紅外測(cè)距，然后進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)、計(jì)算出平面坐標(biāo)和海拔高程，并形成數(shù)據(jù)文件通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行后期工作。

3 RTK和全站儀操作過(guò)程

3.1 RTK操作過(guò)程

3.1.1 設(shè)置RTK基準(zhǔn)站

以天寶GPS5800為例，基準(zhǔn)站由室外天線、室內(nèi)接收機(jī)及安裝GPSBase軟件的計(jì)算機(jī)組成。室外天線應(yīng)安置在天空比較開(kāi)闊的地方,應(yīng)該能夠看到高度角15°以上的天空。相對(duì)周圍的地形，天線應(yīng)處于較高處，以便電臺(tái)信號(hào)發(fā)射距離更遠(yuǎn)，同時(shí)應(yīng)避免輻射、磁場(chǎng)強(qiáng)度較大的區(qū)域，情況允許的話最好設(shè)置在單位頂層為宜。一般情況下基準(zhǔn)站的平面坐標(biāo)和海拔高程為已知，若沒(méi)有，可通過(guò)本測(cè)區(qū)的GPS控制網(wǎng)獲得。然后在特定的計(jì)算機(jī)上安裝GPSBase軟件，并設(shè)置好基準(zhǔn)站平面坐標(biāo)和海拔高程及端口等，在實(shí)時(shí)測(cè)量開(kāi)始前，必須保證天線和接收機(jī)相連、接收機(jī)和GPSBase軟件相連、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，否則無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。

3.1.2 設(shè)置RTK流動(dòng)站

基準(zhǔn)站設(shè)置完畢后，打開(kāi)流動(dòng)站天線、手簿和通訊手機(jī)，用藍(lán)牙依次連接手簿和通訊手機(jī)、手簿和天線，然后輸入測(cè)點(diǎn)編號(hào)、天線高，就完成流動(dòng)站設(shè)置。流動(dòng)站也應(yīng)置于天空比較開(kāi)闊的地方，并保證收到的衛(wèi)星數(shù)在5顆以上，并保持天線、手簿、通訊手機(jī)藍(lán)牙連接，否則將無(wú)法接收到測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.1.3 實(shí)時(shí)觀測(cè)

在流動(dòng)站設(shè)置好后，等待測(cè)量數(shù)據(jù)的初始化，即水平差值和高度差值逐步精確到厘米級(jí)。初始化完成后，便可在待測(cè)點(diǎn)上觀測(cè)了。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，一般市政工程衛(wèi)星接收信號(hào)較好，可直接對(duì)所有待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)；而相對(duì)于衛(wèi)星接收信號(hào)較差的庭院工程，則要根據(jù)衛(wèi)星分布圖，選擇適當(dāng)位置，做對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)，以便后續(xù)全站儀的觀測(cè)。

3.2 全站儀操作過(guò)程

全站儀的操作對(duì)大家來(lái)說(shuō)都比較熟悉，主要可分為：儀器架設(shè)、定向、觀測(cè)、記錄等幾個(gè)步驟。儀器架設(shè)包括對(duì)中、整平兩個(gè)內(nèi)容；定向是根據(jù)RTK所測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行的；觀測(cè)前應(yīng)對(duì)RTK實(shí)時(shí)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)校核，校核準(zhǔn)確后再進(jìn)行觀測(cè)；觀測(cè)時(shí)，對(duì)各管線點(diǎn)做記錄。對(duì)于全站儀來(lái)說(shuō)，只要能通視都可以進(jìn)行觀測(cè)，所以RTK在做實(shí)時(shí)觀測(cè)時(shí)選擇好控制點(diǎn)位置。

4 RTK和全站儀結(jié)合在城市地下管線跟蹤測(cè)量中應(yīng)用特點(diǎn)

RTK和全站儀的結(jié)合可以說(shuō)，實(shí)現(xiàn)了城市地下管線測(cè)量乃至城市所有相關(guān)測(cè)量任務(wù)的完成，RTK無(wú)需通視的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了全站儀要求通視的局限，而全站儀不受衛(wèi)星影響的特點(diǎn)也正好彌補(bǔ)了RTK受衛(wèi)星影響的局限。尤其對(duì)于城市地下管線測(cè)量，由于地下管線埋設(shè)的復(fù)雜性決定了我們需要實(shí)測(cè)的管線點(diǎn)位也就特別多，外業(yè)測(cè)量任務(wù)也就特別重。管線點(diǎn)包括線路特征點(diǎn)和附屬設(shè)施（附屬物）中心點(diǎn)，可分為明顯管線點(diǎn)和隱蔽管線點(diǎn)兩類。它的分布很有特點(diǎn)：在市區(qū)內(nèi)主要分布在各條馬路的路面及人行道上，相對(duì)集中且呈帶狀分布；在郊區(qū)主要是石油、給水、電信等長(zhǎng)途輸送管道，線路單一且距離較長(zhǎng)。針對(duì)上述特點(diǎn)若采用傳統(tǒng)測(cè)量方法則必須先沿測(cè)區(qū)布設(shè)大量的導(dǎo)線點(diǎn)，再采用全站儀進(jìn)行施測(cè)，而且由于通視條件的約束，往往需要頻繁的轉(zhuǎn)移測(cè)站，工作效率很低。相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量方法，RTK和全站儀結(jié)合在城市地下管線測(cè)量中的應(yīng)用主要有以下特點(diǎn)：

4.1 測(cè)量范圍廣

RTK作業(yè)半徑是指流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的直線距離，一般能達(dá)到6km左右，若衛(wèi)星條件理想，通訊信號(hào)強(qiáng)，可達(dá)到10km-15km。這個(gè)特點(diǎn)不僅滿足了復(fù)雜的城市區(qū)域地下管線測(cè)量，也滿足了郊區(qū)地下管線測(cè)量。

4.2 測(cè)量精度高

RTK測(cè)量精度可達(dá)到：1cm±1ppm（平面），2cm±1ppm（高程）。而常規(guī)測(cè)量中地下管線點(diǎn)的測(cè)量精度：平面位置中誤差不得大于±5cm(相對(duì)于臨近控制點(diǎn))，高程測(cè)量中誤差不得大于±3cm(相對(duì)于臨近控制點(diǎn))。另外，RTK測(cè)量測(cè)站之間無(wú)需通視，是相互獨(dú)立的觀測(cè)值，不存在誤差積累傳播，所以即使是后續(xù)全站儀測(cè)量也有了精度保障。相比較傳統(tǒng)模式，優(yōu)勢(shì)盡顯。

4.3 測(cè)量效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度降低

RTK通過(guò)實(shí)時(shí)處理能在2s內(nèi)即可測(cè)得三維坐標(biāo)。流動(dòng)站重量較輕，便于攜帶，減輕了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以一個(gè)人單獨(dú)作業(yè)，提高了工作效率。

5 RTK、全站儀的局限性

當(dāng)前，RTK、全站儀對(duì)城市測(cè)量來(lái)說(shuō)，也存在一定的局限性，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是RTK設(shè)備成本較高；二是RTK衛(wèi)星信號(hào)問(wèn)題，RTK同靜態(tài)GPS一樣都受衛(wèi)星信號(hào)的牽制，在城市高樓密集區(qū)、或其他衛(wèi)星接收不好的地方，得不出固定解；三是RTK數(shù)據(jù)傳送問(wèn)題，手機(jī)通訊、網(wǎng)絡(luò)連接能否正常運(yùn)行，是RTK能否成功的關(guān)鍵；四是全站儀操作比較耗時(shí)、耗力，且不能通視；等等。雖然RTK、全站儀目前仍存在一定局限性，但還是被普遍運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)，而且越來(lái)越普及，相信在不久的將來(lái)一定會(huì)出現(xiàn)更便捷實(shí)用的測(cè)量?jī)x器。

結(jié)束語(yǔ)

RTK和全站儀結(jié)合的使用，不但降低了城市地下管線測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且也提高了效率，保證了精度。本人也是根據(jù)所在地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中，做了一些不算完全的驗(yàn)證，并對(duì)一些具體情況做了必要的分析，難免也有不妥之處，望大家指正，以促進(jìn)城市地下管線測(cè)量工作向更高的層次邁進(jìn)。

[1]王宏俊.GPS RTK在地下管線測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].礦山測(cè)量，2010,05.

[2]徐紹銓等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社,1998.

[3]張序.測(cè)量學(xué)[M].南京：東南大學(xué)出版社,2006.