GPS RTK技术在城市地下管线测量中的应用探讨

■樊伟平

（中煤航测遥感集团有限公司　陕西　西安　710199）

GPS RTK技术在城市地下管线测量中的应用探讨

■樊伟平

（中煤航测遥感集团有限公司陕西西安710199）

本文简要介绍了GPS RTK技术的基本原理,结合管线测量的特点,对GPS RTK技术在地下管线测量中的应用进行了详细的分析与总结。

GPSRTK地下管线测量

随着全球定位系统GPS(Global Positioning System)技术的快速发展,定位精度的不断提高,GPS技术,特别是动态GPS技术(RTK-RealTimeKinematic)在工程测量中的应用也越来越广泛。GPS RTK定位技术,因其直观快捷、实时性强、点位误差不累积等优点在测绘生产中得到了普遍的使用,从而使测绘由此进入一个崭新的时代。

1　GPS概况

全球定位系统GPS是美国国防部建立的,由分布在地球两万多公里高的轨道上运行的24颗人造卫星组成的卫星导航系统,目前有28颗工作卫星。它可保证在地球的任何地方能够同时接收到4-12颗卫星所发出来的讯号,以三角测量的原理计算出收讯者在地球上的位置,从而能够实现地球表面及其上空任何地点,任意时刻的三维定位、测速、定时,其主要特点是三维,实时全天候,全球范围,用户数量无限,免费信号资源,凡是需要定位、测速、定时的工作都可以采用GPS来解决。

2　GPS RTK基本原理介绍

GPS定位模式根据作业模式可将分为三大类：绝对定位、相对定位、差分定位三大类。

RTK(RealTimeKinematic)定位技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的实时差分GPS技术。它是GPS测量技术发展中的一个新突破。它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。他有三部分组成：（1）基准站；（2）数据链；（3）流动站。

RTK定位过程：基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站,在流动站通过无线电接收基准站发射的信息,将载波相位观测值实时进行差分处理,得到基准站和流动站的坐标差△X、△Y、△Z,坐标差加上基准站坐标就可得到流动站的WGS-84坐标,通过坐标转换等到每个流动站点的x、y、z。

3　GPS RTK技术的特点及在地下管线测量中的应用

3.1不需要建立管线测量控制网

RTK的作业模式进行管线测量时,不需要建立管线测量平面控制网,只需考虑与测区原有已知点的联测,求得GPS坐标(WGS-84)与当地坐标的转换参数,将GPS测量成果转换为当地城市坐标成果即可。如果测区已建立了精度达到2~3cm的大地水准面模型,RTK则同时得到满足精度要求的管线点的高程,而无需采用水准测量方法来建立高程控制网。同时用RTK进行管线测量,不受场地的限制,特别是在道路施工建设的杂乱现场,不要求通视条件,夜晚照样可以施测,非常适合对正在施工的地下管线,进行覆土前的竣工跟踪测量。

3.2定位精度高

RTK接收机标称精度可达1cm±1ppm(平面),2cm±1ppm(高程)。并且各测点精度均匀,点位误差不累积。而常规全站仪测量地下管线点的精度：相对于临近控制点,平面测量中误差不得大于± 5cm,高程测量中误差不得大于±3cm。

两者比较,RTK测量具有较大的优势。

3.3适合长距离施测

RTK的作业半径(基准站到流动站的直线距离)一般能够达到6km左右,在为卫星条件良好,电台信号大的情况下,甚至可达到10-15km。特别适合长距离的管线测量。如果测区范围内已建立了GPS连续运行参考站的话,可测量覆盖范围将更大。

3.4采集速度快

采用常规的1+2配置的RTK作业模式,即一台基准站,两台流动站,可以同时两个测量小组进行管线点坐标采集,必要时可采用1+3的配置。在建立了GPS连续运行参考站地区,理论上可无限组同时进行采集。每一个测点在几秒钟内即可实时获得三维坐标,非常适应管线测量采集点多的要求。

4　RTK测量技术用于管线测量的局限性

目前,RTK技术对于像管线测量这样的城市测量来说,还是存在一些自身的局限性,主要表现在以下几点：

4.1卫星信号问题

RTK技术同静态GPS测量一样都受到卫星信号的制约。

管线实地埋设位置地理环境复杂多样,特别是城市建筑密集地区,狭窄街道上的管线,靠近路边建筑物,由于GPS卫星信号穿过障碍物之后变得十分微弱,甚至被完全遮挡,RTK接收机无法实现定位,或由于周边建筑对GPS信号产生反射,形成多路径效应,产生较大的定位误差。目前这种情况随着GPS接收机技术的进步将会发生改变,像天宝、拓扑康等品牌的RTK设备已推出可同时接收GPS、俄罗斯Glonass卫星定位系统的RTK设备,甚至将推出能够与多种卫星系统相兼容的GPS+Galileo+Glonass接收机,从而很容易就能接收到5颗以上卫星,实现RTK的准确定位。

4.2数据传输问题

常规RTK作业模式,流动站能否连续、可靠的接收基准站播发的信号,是RTK测量的关键。由于基准站电台功率的问题,制约了流动站和基准站的距离,还有城市中建筑物的阻挡问题和其他电磁波的干扰等问题,往往也使得RTK作业无法进行。随着城市GPS连续运行参考站的建立,RTK通讯不再依靠电台,而是采用GPRS或CDMA等移动通讯技术传输信号,从而保证了城市中RTK通讯的可靠性。

4.3作业时段问题

RTK测量还受到天空环境的影响,每天的中午,由于受电离层干扰大,共用卫星数少,RTK常接收不到5颗卫星,初始化时间长甚至无法初始化,因而也就无法进行测量。根据我们的试验,在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量,在上午11点到下午3：30分之间就很难进行,而避开这个时段,采用RTK测量结果快而准。因而RTK测量在作业时段的选择上具有一定的局限性。

5　结论

通过GPS RTK作业模式在我院管线测量中的实践证明：

（1）RTK技术在管线测量中的使用,将给管线测量工作带来很大的方便,将大大提高了管线测量的作业效率和工作质量,降低了劳动强度,节省了测量费用,使管线测量变得更轻松容易。

（2）RTK测量实际作业时,应选择合适的作业时段。同时不同机型的功能质量高低差异很大,应选择高质量的,支持双星或三星的机型,其初始化能力强,受作业环境的限制小。

（3）在建立了城市GPS连续运行参考站和完成了似大地水准面精化的城市,由于网络RTK可以在较大的工作范围内,方便轻松地实现高精度的三维坐标采集,网络RTK在管线测量中具有更加明显得优势。

[1]CJJ73-97,《城市全球定位系统城市测量技术规范》[S].

[2]CJJ8-99,《城市测量规范》[S].

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-9-212-1