RTK联合全站仪在机场净空区障碍物测量中的应用

龚真春，陈胤璇，李燕军，陈金龙，李相全

(61243部队,甘肃 兰州 730020)

RTK联合全站仪在机场净空区障碍物测量中的应用

龚真春，陈胤璇，李燕军，陈金龙，李相全

(61243部队,甘肃 兰州 730020)

摘要：机场测量作业环境复杂,单独使用RTK技术或全站仪作业效率低下,二者配合使用,可实现优势互补。简述了RTK技术与全站仪联合进行净空区障碍物的测量流程,介绍了特殊情况下的两种测量方法,对实际观测数据质量及测量成果精度进行了检查与评定,以供实际使用参考。

关键词：GPS-RTK;全站仪;机场净空区;障碍物测量

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.02.020

中图分类号：P228.4

文献标志码：： A

文章编号：： 1008-9268(2015)02-0092-04

收稿日期：2015-01-26

作者简介

Abstract:The working environment of airfield is complex, RTK technology with Total Station can realize the complementary advantages and overcome the shortage of each, and also it can greatly increase the speed of surveying. A measurement process of cleared area obstacle is briefly described using RTK with Total Station, and introduced two measuring methods under exceptional circumstances. Finally, the real observed data quality and the result accuracy are examined and evaluated. It provides reference for practical use.

0引言

为了保证飞机起飞、着陆和复飞的安全,在机场周围划定的限制物体高度的空间区域,这个区域叫做机场净空区。净空区障碍物是指在机场净空范围内对飞机安全造成潜在危险的人工障碍物和自然障碍物[1]。随着机场建设规模的扩大以及周边超高建筑群日益增多,净空环境日趋恶化,对飞行安全带来较大影响。另外,现有机场障碍物信息大都采用1954北京坐标系,资料陈旧,精度较低,已不能满足新型导航模式要求。按照CGCS2000改化要求,重新测量机场净空区障碍物,对确保飞行安全具有重要意义。

由于受客观环境以及飞机起飞、降落和机场内通信、导航等无线电设备等的影响,单独依靠GPS-RTK或全站仪难以对净空区障碍物进行快速、准确的测量。因此,本文将GPS-RTK技术联合全站仪在障碍物测量中的应用进行了探讨与实践。

1测量过程分析

1.1　净空区范围的确定

净空区障碍物测量就是要准确地测量出障碍物在净空区内的位置和高程。机场净空区由升降带、端净空区、侧净空区等3部分组成,如图1所示。机场净空区的范围和规格根据机场等级确定,不同等级、不同区域和不同用途的机场,其障碍物高度净空都有明确的规定[2]。

图1　机场净空区示意图(二级机场)

确定净空区范围后,结合大比例尺地形图、卫星或航拍影像等资料对净空区进行详细调查,确定需要测量的障碍物分布和数量。可先使用手持导航仪采集超高建筑物的概略坐标,再将净空区和障碍物展绘在大比例尺地形图上,用于制定详细测量方案。

1.2　障碍物测量流程

因为机场净空区内障碍物多为山体、发射塔、高层建筑物等,这些障碍物有些不易到达顶部(如山体),有些不能到达顶部(如高压线)。因此很难采用GNSS技术来确定它们的平面位置。在实际测量过程中,可采用RTK与全站仪交会法相结合的测量方法来进行障碍物平面位置与高程的测量。

图2　净空障碍物测量流程

联系人： 龚真春 E-mail: 1076695185@qq.com

1) 首级控制网(RTK参考站)测量。采用基于GNSS连续运行基准站的观测模式进行,控制网点严格按规范及工程技术要求进行布设,尽可能均匀分布,便于观测,且不少于3个。观测结束后,使用TEQC软件进行数据质量检查及数据预处理;基线处理和网平差采用GAMIT/GLOBK软件进行。

2) 辅助控制点测量。超出RTK参考站覆盖范围或RTK流动站无法锁定卫星信号时,可利用首级控制网点在目标附近至少布设2个互相通视的辅助控制点,采用快速静态测量模式或RTK测量模式进行加密,以便后续利用全站仪前方交会测量或RTK测量使用[3]。

3) 坐标转换及正常高计算。障碍物平面坐标建议采用4参数法,一方面可减弱不同高程系统对转换精度的影响,另一方面可减少CGCS2000坐标与旧资料坐标公共点的个数;正常高计算采用高精度似大地水准面模型内插得到[4]。

2障碍物测量方法

如前所述,障碍物测量包括人工障碍物和自然障碍物测量,特别是人工障碍物通常为机场净空测量的重点。一般采用RTK技术和全站仪交会测量结合的方法进行,超高障碍物高度采用三角高程方法测量。

1) RTK测量。以首级控制网点或辅助控制点为参考站,流动站与参考站之间的距离不大于10 km.流动站在目标点上分别进行四次初始化,每次采集10个历元,进行4个测回的观测,测回间平面坐标互差不大于4 cm,高程互差不大于4 cm,求4测回平均值作为该点成果。

定论已下，我再也没有力量去为自己说些什么了。这个男人冷漠而又不失礼节的口吻，让我清楚地意识到，自己的表现已经糟糕得甚至不值得让他去征求一下皮埃尔先生的意见。

2) 全站仪前方交会测量。为了提高全站仪交会测量的精度和可靠性,布设辅助控制点时要使对目标点的交会角γ大于30°,边长不得超过600 m.选择2台全站仪在2个辅助控制点上分别向目标点测量水平角、垂直角1测回,另外再用全站仪精确测量辅助控制点之间的距离S0,如图3所示。按照下式计算目标点的坐标和高程。

图3　前方交会测量

从辅助控制点1推算目标点的坐标:

(1)

从辅助控制点2推算目标点的坐标:

(2)

式中: γ1, γ2为全站仪交会测量的垂直角观测值;S1,S2为控制点到目标点的平距计算值; α1,α2为辅助点到目标点的坐标方位角。用全站仪测量的辅助点间距与坐标反算的间距比较,可以检核RTK测量是否有粗差,从不同辅助控制点所推算的目标点坐标差值可以检核全站仪交会测量是否有粗差[5]。最后取平均值:

(3)

3) 特殊情况处理。为解决部分障碍物下RTK测量无信号问题,可灵活运用组合数学方法,通过简单计算求出障碍物坐标。常用的有中点法和射线法,实现过程为

中点法:其坐标为AB两端点的平均值,如图4所示。

图4　中点法测量示意图

等距射线法:其坐标为A乘以2减去B得到,如图5所示。

图5　等距射线法测量示意图

射线法也可采用不等距计算,但计算相对繁琐。以上两种方法适用于距离较短区域,在100 m以内精度较高。

3观测数据及成果分析

根据以上所述作业流程和测量方法,按作业规程要求,对某机场的实际观测数据、解算成果进行检查和分析。限于篇幅,仅给出RTK参考站观测数据质量、部分目标点RTK测量结果和全站仪前方交会测量结果的检查情况和分析。

1) RTK参考站观测数据质量检查情况。采用TEQC质量评定软件对机场3个RTK参考站CKZ1、CKZ2、CKZ3进行检查,检查情况如表1所示。

表1　参考站观测数据质量检查

由表1可知,3个参考站的有效观测数据量都大于80%,MP1的值均小于0.5 m,MP2的值均小于0.75 m;O/slips大于100.综合分析考虑,说明3个RTK参考站的点位观测环境较好,数据质量良好。

2) 目标点RTK测量结果检查情况。RTK测量成果检核时,采用不同参考站测定坐标互差的方式,且要求点位均匀分布,部分目标点检查情况如表2所示。

表2　部分目标点RTK测量结果检查

由表2可知,由不同参考站测定出目标点的坐标互差均小于规定限差5 cm,成果精度符合要求。

3) 全站仪前方交会测量结果。测量结果如表3所示。由表3可知,由不同辅助控制点上交会出目标点的坐标互差符合规范要求:平面5 cm,高程10 cm.

表3　全站仪前方交会测量结果

4结束语

净空区障碍物测量是机场工程测量的重要组成部分。本文论述了RTK技术联合全站仪进行障碍物测量的过程和方法,并分析了测量成果精度。实践应用表明,二者联合使用能在保证测量精度的条件下,可极大地提高作业效率,有效解决机场测量条件复杂的问题。

参考文献

[1] 蔡良才.机场规划设计[M].北京:解放军出版社,2002.

[2] 周科,种小雷,刘晓军. 前方交会法在净空区障碍物测量中的应用及精度分析[J]. 有色金属(矿山部分),2010,62 (4):71-72.

[3] 中国国家标准化管理委员会.全球定位系统实时动态(RTK)测量技术规范,CH/T2009-2010[M].北京:测绘出版社,2010.

[4] 申丝铭,邓卫东,崔凯，等.军用机场障碍物测量方法[J]. 军事测绘导航,2014(6):30-31.

[5] 付子傲,包欢,彭小刚，等. 应用GPS/GSM与全站仪联合进行机场净空区障碍物测量[J].测绘通报,2006(3):38-39.

龚真春(1973-),男,高级工程师,主要从事大地测量和GNSS导航定位方面的研究。

陈胤璇(1981-),男,工程师,主要从事大地测量和工程测量方面的研究。

李燕军(1973-),男,工程师,主要从事航测和工程测量方面的研究。

陈金龙(1985-),男,工程师,主要从事GNSS导航定位与数据处理方面的研究。

李相全(1970-),男,工程师,主要从事航测和工程测量方面的研究。

The Application of RTK Together with Total Station in Airfield

Cleared Area Obstacle Surveying

GONG Zhenchun,CHEN Yinxuan,LI Yanjun,CHEN Jinlong,LI Xiangquan

(61243Troops,Lanzhou730020,China)

Key words: RTK; total station; airfield cleared area; obstacle surveying