工程测量质量控制中RTK技术的运用

工程测量质量控制中RTK技术的运用

[摘要]文章为探索RTK技术在工程测量质量控制中的应用方法,阐述了RTK技术的基本工作原理以及技术特点,分析了RTK应用优势及不足之处;研究了RTK误差特性与RTK测量质量控制方法(已知点检核比较法、重测比较法、电台变频实时检测法);并以三个工程为例,分析了采用这三种RTK测量成果质量控制方法的运用成效,结果表明,这三种方法对工程测量质量控制切实可行,值得推广,旨在为广大的相关从业人员提供借鉴,为工程测量高质量发展服务。

[关键词]RTK技术;工程测量;质量控制方法

RTK测量技术因其操作简便、定位精度高、数据处理能力强、作业自动化和测绘功能强大,在工程测量中得到广泛的应用,同时在实际的工程测量中有时也存在着测量质量问题。为进一步提升RTK技术在工程测量质量控制中的应用,基于对已知点检核比较法、重测比较法、电台变频实时检测法等方法及成果的分析比较,探索满足工程RTK测量成果质量控制的途径及方法,以达到预期的工程测量目的。

一、RTK技术

(一)技术工作原理

在RTK技术应用过程中,要求技术人员掌握工作原理。确定基准站,并设置一台GPS接收机,经过连续观测卫星,利用无线电传输设备等传输观测数据信息,最终发送到移动观测站。在卫星信号被接收的过程中,利用网络、无线电接收设备等,接收机接收相关卫星观测数据信息,结合相对定位原理,测量人员可以实现实时操作处理,结合坐标参数以及测量工程情况进行参数转变等,通过计算坐标系等,可以满足实时结算的要求,得到精准定位结果,与此同时,对观测成果质量加以进一步监测,避免出现冗余观测量等。综上,要想使用RTK技术,必须明确其基本工作原理,构建RTK测量系统。通常,该系统由数据传输系统、软件系统及GPS接收设备等组成,便于进行动态实时的工程测量。

(二)RTK技术特点

1.RTK技术的误差

应用RTK技术测量时,可能出现一些测量误差,主要分为同测站相关误差与同距离相关误差。若是出现信号干扰、多径误差以及气象变化等情况,则容易导致同测站相关误差产生。相比于其他影响因素,多径误差的发生概率较大。就多径误差而言,主要是因为接收机天线周围环境恶劣,可能存在高耸建筑物、面积较大的水域等,这些都对电磁波造成影响,基于强反射作用,天线信号将受到干扰,可能出现两种信号叠加的情况,所以测量的定位结果将存在误差问题,但是这类误差可以通过实施一些有效的校正方法等加以削弱或者避免。同距离相关误差的产生和移动站与基准站之间距离有关。如果二者之间距离增加,其误差也会变大。为此,有关测量人员应当限制工程测量作业半径等。

2.整周模糊值

整周模糊值也是RTK技术特点之一,指的是初始化时间。当应用RTK系统时,整周模糊值的确定关系着定位精准性和可靠性。系统正常运转条件下,如果地面两点距离不远,可以模拟对流层与电离层对于测量工作的影响,经过差分处理观测值,可以逐渐减弱这些影响。然而,电离层电子含量将会有所变化,与此同时,无论对于基准站,还是移动站,卫星信号将会产生一定影响。基线长度与影响变化之间呈正比例变化关系,前者越长,后期影响越大。因此,若电离层剧烈活动,可能出现周跳、失锁等现象,这时必须延长观测时间,以便确定整周模糊值。需要注意的是,如果太阳黑子爆发,整周模糊值将不能被固定。有关实践表明,影响整周模糊值的因素包含三个:第一,接收机类型。相比于单频RTK,双频RTK初始化的时间较短。第二,观测卫星数量。观测卫星数量越多,其RTK精确性越高,具有较好的可靠性;第三,移动站、基准站二者之间的距离。如果距离相近,整周模糊值将较短。

3.数据链

在RTK测量过程中,要求移动站实时接收信号,掌握具体的观测值和相关数据链信息,方便进行位置确定。为此,必须要确保基准站信号接收具有良好的可靠性和连续性,从而取得较好的RTK测量结果。一般而言,如果位于沙漠、平原等区域,RTK技术应用效果较好,但是,若是在山区、森林等地方进行工程测量,测量成果质量将有所下降,影响实际工程测量作业效率,极有可能出现无法作业的情况。

4.坐标系统

RTK与GPS静态测量一样,GPS接收机接收的卫星信号经数据处理后,首先得到的是地心坐标系(WGS84)坐标,而在测绘工程中应用的通常是1980西安坐标系、1954年北京坐标系或地方独立坐标系等,其高程一般为正常高。因此,为了把WGS84坐标系坐标转换为地方坐标系坐标,作业前首先要根据坐标转换关系式求解两种坐标系间的转换参数。

二、RTK技术的优缺点

(一)优点

一是精度高。因为在RTK技术工作原理下,其工作条件得以满足的基础上,并加强数据安全等方面的保障,无论是平面精度,还是高程精度,RTK技术测量精度都可达到厘米级。二是作业高效。若是采用以往的测量方式,不仅测量麻烦,作业效率也较慢。但是,RTK技术的应用可以解决这类问题。一次测量即可完成半径为4km的测量任务,使得整体测量水平提升,这在很大程度上与其技术先进性有关,实际测量时,几秒就可以获得坐标,大大降低测量劳动强度,节约外业费用,作业效率有所提高。三是作业条件宽松。与其他测量方式相比,RTK技术作业成果质量的影响因素虽然较多,可能受到气候、能见度等因素影响,但是整体受限较小,可以基于电磁波通视完成定位作业任务。四是操作简便。利用计算机和测量仪器、软件等可以立即开展测量工作,方便测量人员使用,还能快速进行观测数据处理和信息通讯。五是自动化、集成化优势明显。在RTK技术作用下,实现多种测绘功能的应用,降低辅助测量工作量,人为误差也有所减少,促使整体工程测量精度大大增加。

(二)缺点

1.易受到卫星运行状态影响若是卫星系统位置发生变化,则会出现假值。不仅如此,如果观测条件较为复杂,将影响RTK技术作用的发挥,使得整体观测效率下降。针对这种情形,测量人员可以加强卫星系统的细致观察,以便获得精准数据信息,基于客观允许的条件下,有选择地使用RTK技术开展测量作业。

2.易受到天气环境等因素影响气象情况有很多种,天空环境变化不规律,若是环境趋于复杂,则无疑影响观测数据的传输工作质量,甚至对于数据信息精准度造成严重影响。尤其是地形复杂的区域,如果想要进行测量,其数据传输将成为一大问题。对此,为解决RTK技术的弊端,有关人员应当合理选定基准站位置,尽量将其设置在海拔高、工作环境中心地区,减少天气环境等因素的影响。

3.稳定性有所不足,精度可能受到影响与全站仪比较而言,无论是RTK技术测量精度,还是测量的稳定性,都有所不足,影响实际测量结果准确性。为此,测量人员需要加强对RTK技术的了解,掌握现场控制点的布控情况,并合理设置多余控制点,使得RTK测量工作稳定性有所提升,也能更好地保障RTK测量的良好精准度。

三、RTK误差特性与RTK测量质量控制方法研究

(一)RTK的误差特性及控制方法

1.同仪器和干扰有关的误差特性与控制方法

天线相位中心变化:若要提高RTK定位精度,必须进行天线检验校正。多径误差:多径误差取决于天线周围的环境,多径误差可通过下列措施予以削弱,即选择地形开阔的点位、采用扼流圈天线、基地站附近辅设吸收电波的材料。信号干扰:在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。

2.同距离有关的误差特性与控制方法

同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。轨道误差:就短基线(<10km)而言,误差较小,但是,对20~30km的基线则可达到几厘米。利用下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱:利用两个以上观测站同步观测量求差(短基线)等。对流层误差:对流层误差与点间距离和点间高差密切相关。

(二)常见RTK测量质量控制方法

有关研究人员指出,工程测量过程中,结合实际情况可以应用三种RTK测量质量控制方法,具体RTK测量质量控制方法如下。

1.已知点检核比较法

已知点检核比较法为常见质量控制手段,主要结合已知点进行比较分析,如果出现问题第一时间加以校正。在应用过程中,主要与RTK观测同步进行,要求测量人员尽可能选择高精度的控制点,类似静态控制点或者高等级的控制点,再针对这些已知点坐标加以比较检核,若是发现其中的问题,则立即进行改正,从而加强RTK测量成果的质量控制。

2.重测比较法

重测比较法,顾名思义,基于反复测量为基本内容的比较方式,提供比较的依据方法,在应用阶段,先测量若干个固定点坐标,若是存在已测RTK点,则重测坐标,再定位进行比较。若是没有观测点,可以增设仪器,对检测过的RTK点加以对比,利用全站仪等对检测点之间的距离等进行确定,再检验测量检核成果精度。所以这种方法较为简单,通过现场进行观测成果的对比,进一步判定初始化的可靠性及准确性,如果初始化无问题,再进行新RTK观测。

3.电台变频实时检测法

电台变频实时检测法在RTK测量成果质量控制中有着重要的应用价值,为取得精准的检测结果,首先,常常要求检测人员在检测区域建立多个基准站,确保基准站数量不少于2。其次,让各个基准站使用不同频率进行差分发射,以便改正数据。针对流动站而言,实际RTK观测过程中,变频开关的作用较大,可以方便电台人员进行不同基准站的选择,用于接收不同的差分改正数据,使得各个RTK点都可以实时接收一个基准站的相关数据信息,准确掌握差分改正数据情况,及时获取一个基准站的RTK观测数据。与此同时,若是该电台进行另一个频率切换,则又可以接收另一个基准站的数据信息,进一步掌握差分改正数据,获取同一点的不同RTK观测数据。最后再采用多次比较方式,实时比较与分析RTK观测数据信息内容,从而对RTK观测质量问题加以判断。

四、工程测量质量控制中RTK技术的实践应用分析

(一)RTK测量质量控制方法的实际运用

1.已知点检核较法的运用

某工程项目位于郊区,项目图根控制测量中的测区大多为丘陵地貌,满足RTK测量的要求。故此,观测人员选择应用RTK技术,实际作业过程中,在附近制高点位置设置基准站,确保视野足够开阔,可以避免高压输电线路以及通讯线路等部分的干扰,为实际RTK观测工作开展创造条件。观测时,流动站和基准站二者之间的距离被控制在7km范围内,并严格按照相关技术规定等进行RTK观测。为加强RTK测量成果质量控制,根据实际情况分析后,项目方决定采取已知点检核较法。RTK图根控制测量的同一时间,要求测量人员对周围8个静态E级GPS已知点加以联测。最终得到已知点坐标,再分别进行比较检核,其结果如附表1所示。附表1中列出M63、M64、M65三个已知点坐标以及观测情况,其中平面最大点位误差与点位中误差分别为2.3cm和1.8cm,最大高程差和高程中误差分别为2.8cm和1.7cm,最终核验后,该工程RTK图根测量成果质量得到控制,可靠性有所提升。

2.重测比较法的运用

某地区工程数字测图项目测量地地势复杂,被测区域多为丘陵、山地等,因此使用RTK技术对碎部点的数据进行采集,利用先进技术节省测站搬站的流程,进一步加快作业效率,提高观测水准。然而相比于全站仪极坐标法,RTK数据采集过程中,存在采集数据不稳定等问题,容易影响工程测量质量。为提高碎部点测量的精准度,采取了重测比较法,以求进行RTK观测结果的质量控制。在实际应用过程中,当每次重新初始化后,立即重测附近已测的RTK点,测点数量应该超过两个,通过现场比较,确保初始化无问题再对新的坐标点进行RTK观测。经过实际测量,该工程共计重新观测36个比较点,其中平面精度最大点位误差和点位中误差分别为2.6cm和2.0cm,高程精度中最大高程差和高程中误差分别为2.8cm和2.1cm。经过重测比较分析,最终确定每次初始化过程不仅正确,还有一定可靠性,为该工程碎部点精度与成图质量提供保障。

3.电台变频实时检测法的运用

某工程测量位于厦门某地区,图根控制测量项目中,主要应用RTK技术,其实践操作步骤如下:首先,准备相关仪器,包括Trimble5700GPS双频接收机、TRI-MARK3数传电台及天线等。其次,选择基准站。确保测量区内或测区附近空旷、视野开阔,高度角在15°以上的范围内,无障碍物,附近不应有强烈干扰接收卫星信号的干扰源或强烈反射卫星信号,设立两个基准站。同时,启动基准站。架设相关仪器后,接通电源,设置基准与转换参数,并确保与GPS接收机连接,再输入其中基准站坐标等,启动后,保证电台处于发射状态。最后,连接流动站仪器。设置完流动站信息后,开始进行RTK观测。为保证观测结果质量,采用电台变频实时检测法,让各自基准站使用不同频率进行差分发射,可以实时获得差分改正数据,将接收的不同的差分改正数据进行对比分析。最终结果显示,总平面点位中误差处于2cm范围内,最大为0.0164cm,可以满足1/500图幅图根控制的精度要求,达到预期的工程测量质量控制效果。

(二)RTK测量质量控制成效分析

综上所述,RTK质量控制方法有:(1)已知点检核比较法———即用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正;(2)重测比较法——每次初始化成功后,确认控制点无误后才进行RTK测量;(3)电台变频实时检测法———在测区内建立两个以上基准站,从而得到两个以上解算结果。通过对以上三种RTK测量成果质量控制方法进行对比可知,已知点检核比较法的运用最为可靠,但实际应用中由于高等级控制点数量有限,并难以实现实时进行点位的质量控制,较为适用于测量成果质量评定。重测比较法的运用步骤较为简单,而且可以满足实时性的需要,便于发现问题及时解决问题,有助于RTK测量成果质量控制。而电台变频实时检测法在实践应用中,凸显实时性的应用优势,能够针对特定RTK点加以质量控制。需要注意的是,必须要准备所需的仪器工具,否则将难以实现该方法的有效质量控制作用,所以可能会受到仪器条件限制。

综上,未来工程测量过程中,加强RTK观测成果质量控制,可以先考虑仪器设备情况,若未能满足电台变频实时检测法所需仪器条件需求,则可以联合应用已知点检核比较法、重测比较法,提高RTK测量成果的质量。作为先进测量技术中的一种,RTK技术深受关注。在各类工程测量中,该技术都具有较大的应用价值,实际测量质量控制过程中,要求测量人员掌握RTK技术应用要点,结合自身经验以及工程情况等合理运用这类技术。与此同时,可以合理运用已知点检核比较法、重测比较法、电台变频实时检测法等,实现误差与测量成果上的质量控制,提高工程测量的质量。

参考文献:

[1]李安华.RTK技术在铁路工程测量中的应用探究[J].中国标准化,2019(10):93-94.

[2]韦伟松.GPS测量技术在工程测量中的实践研究[J].工程技术研究,2021,6(6):106-107.

作者:吕加宝 单位:厦门东海职业技术学院