RTK作业系统及其在城市测绘中的应用.pdf

安徽建筑中图分类号：P237文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）5-0190-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.5.0720引言现代城市基础设施的建设离不开测绘技术的应用，城市建设的理念也从传统的基建投入转变为数字信息建设，而测绘技术是提供数字信息的最有效途径1。信息时代对城市基础设施提出了全方位的信息化要求，虚拟城市、数据孪生等新理念，也为现代测试技术的发展提供了良好的时代机遇，将其与现代城市规划和建设相互融合，可以有效地为城市工程建设提供精确可靠、智能化和数字化的测绘服务2。RTK技术是随着全球定位系统 GPS 技术发展起来的实时动态测量技术，能够动态连续提供测绘数据，实现厘米级的平面数据和高程数据，因此在城市工程的地形测绘、基础设施测绘、房地产测绘、地理信息系统数据测绘和城市防灾减灾测绘等领域得到了广泛的应用3。1RTK技术的基本原理及优势RTK是实时动态定位技术，它的系统组成包括卫星、RTK移动站、RTK基准站和工作手簿4。它是以全球定位系统GPS技术为技术发展起来的实施差分技术，在测量过程中，其中一台 GPS 接收机作为RTK基准站（如图1、图2所示），一般放置在固定的已知坐标基准点位置（也可以放置在未知点），然后对天上的卫星进行连续跟踪观测，跟踪数量不少于5颗，另一台（或多台）GPS接受机作为RTK移动站，在RTK基准值附近进行工作，可以实现对任一点的位置和高程进行监测，RTK移动站需要同时对卫星进行同时跟踪观测并接收卫星数据、对RTK基准站进行数据实时接收，用户可以在工作手簿上实时地对RTK基准站和RTK移动站的载波相位进行解算并实时显示，用户可以任意时刻调用和观测RTK 移动站点所在位置的三维空间坐标，实现便捷和高效的测绘目的。图1RTK基准站在固定点的校正图2RTK基准站在未知点的校正RTK技术对三维空间坐标的获取过程可以用一列的方程表达式进行描述。假定任意 RTK 观测站（RTK 移动站 j、RTK基准站i）和对天上卫星k进行跟踪观测，由此可以计算出载波信号的波长l，如公式（1）所示5。()()()()()()00kkkkkkkkiiiiiiiiTiitpiontropiikkkkkkkkjjjijijiTijtpiontropjjl dXm dYn dZcVNcVVVl dXm dYn dZcVNcVVVljrlljrl=-+-=-+-（1）式中，Xi，Yi，Zi为RTK基准站观测点的坐标;Xj，Yj，Zj为RTK移动站观测点的坐标；Vion为信号波在传播过程中受电离层影响的改正数；Vtrop为信号波在传播过程中受对流层影响的改正数；VTi和Vtp信号波在传播过程中时间差。由于RTK基准站的坐标值是个已知数，因此公式（1）可以变换为公式（2），具体如下6：()()kkkkkiiTiiiontropiicVNVVljrl=-（2）将公式（1）和公式（2）两边对应相减，可以得到公式（3）：()()()kkkkkkkkkjijjjjjjTijijiontropijijijl dXm dYn dZc Vc NVVLl jj-=-D-D-+（3）以上即是 RTK 技术的测绘工作原理。RTK技术在工程测绘中具有诸多优点，在平原地区只需要设定一个基准站即可对基准站周围半径10km的范围进行数据采集，与传统的测绘技术相比，如使用全站仪和经纬仪，大大提高了作业效率。测绘所得的坐标能够直接导入到后期测绘软件中进行处理，测绘数据的数字化程度高，能够获得高精度的测绘结果，且测绘过程受技术人员的主观因素误差小7。RTK采用的是全球定位系统 GPS 技术，在正常观测条件下，多个卫星的综合观测，大大提高了测量的精度，同时数据处理中心和数据播发中心能够对采集的点位数据进行预处理，动态估计残余误差，保障了数据的质量，其精度可以达到厘米级，且每次测量为独立观测不存在误差累积的现象。同时RTK技术不使用光学原理，它采用的是电磁波工作原理，且RTK移动站的设备小、重量轻，因此，可以实现全季节、全天候的观测，对于无电磁干扰的区域，可以在狭小空间内达到精确测绘的目的，受环境的影响程度低。RTK技术集成了众多的数据采集、数据解译和数据显示的软硬件设备，功能强大，集成化程度高，RTK作业系统及其在城市测绘中的应用吴宇宁，李元驰（西安市勘察测绘院，陕西西安710054）摘要：测绘工程为城市现代化的虚拟城市、数据孪生提供了良好的信息基础，为城市工程基础设施的数字化、智能化和信息化提供了最有效的数据手段和现代化的测绘服务，RTK技术作为实时动态差分测量技术，能够实现厘米级的数据测量，在城市工程的地形测绘、基础设施测绘、房地产测绘、地理信息系统数据测绘和城市防灾减灾测绘等领域得到了广泛的应用。文章以西安市某房地产开发项目实例为研究对象，在研究RTK技术基本原理的基础上，分析其在城市测绘中的主要工作内容及RTK技术应用，结合工程实例将RTK技术应用于项目的平面和高程测量。研究结果表明，RTK技术能够快速、精确地提供高程和平面数据，在高程误差和平面误差上均控制在要求范围内。关键词：RTK技术；城市；实时动态差分；RTK技术应用作者简介：吴宇宁（1987-），男，湖南长沙人，毕业于长安大学大地测量学与测量工程专业，研究生，硕士，工程师，从事城市测绘工作。建筑经济与管理190安徽建筑同时数据的采集完全由机器完成，自动化的程度高，外置的仪器表盘和内置的软件界面操作简单，可以实现存储、采集、输入、显示等多种功能，通过数据通信链路进行数据的播发，具备动态采集测量、动态传输的能力，避免了由于人为误差导致的测绘错误8。2城市工程测量的主要内容及RTK在城市测绘中的应用在城市基础设施建设中，需要大量测绘技术的支持，以满足基础建设对空间精确三维坐标的需求。与高速公路、高速铁路等山区或者郊区工程不同，城市测绘的内容多种多样，表现出独有的特殊性和内容丰富性，同时城市的建设、规划和管理需提供大量的基础和控制测量数据9。一般而言，在城市工程测量中，涉及到基础设施建设的全过程，从前期的工程勘测地形测量，到施工阶段的控制网布置、坐标放样，结构物施工过程的变形监测以及到竣工阶段的竣工验收测绘、建筑物的质量检测、不动产的评估等。在这些所有的测绘服务中，对空间坐标点的平面测量和高程测量都提出了明确的要求。2.1控制测量城市控制网具有精度高、通视差、使用频繁的特点，传统的城市控制测量只能采用 GPS 静态观测或者导线测量以及水准的方式进行，由于城市通视条件差，采用导线测量的方式实施难度大且工作量大，采用静态的方式工作效率低且后期数据处理难度大，而采用RTK测量方式，点间不要求通视且点位精度高，采用实时差分技术无论是在作业精度还是作业效率上都具有明显的优势。2.2放线测量放线测量占据工程建设测量任务很大比重，而不管是城市线路中路定线，还是在建筑物规划放线中，RTK技术都发挥着很大的作用，将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK移动站手簿中，即可放样，放样时根据屏幕的偏移量和偏移方位提示移动，直到放样点位小于规定的误差即可。同理也可实现建筑物点位的快速放样，在城市放样过程中，一定注意RTK点位的收敛精度，收敛精度取决于信号的强弱、天顶的遮挡等，强制测量则可能带来较大的点位误差。2.3其他方面测量RTK技术还可以用于地形测量、管线测量、房产测量等方面。用RTK测图，不需要提前布设图根控制点，仅依据少量已知点架设基准站，直接用移动站就可以测量坐标实现数字化测图。3基于RTK技术的城市工程测量实例图3RTK技术数据采集和处理流程图观测点号RDK1RDK2RDK3RDK4RDK5RDK6RDK7RDK8RDK9RDK10RDK11RDK12RDK13RDK14RDK15RDK16RDK17RDK18RDK19RDK20RDK21RDK22RDK23高程/m399.580395.161398.085394.609396.913398.502398.400395.486398.450398.220398.279397.339394.327398.339396.738395.766396.754397.462397.016396.403399.340396.061399.495Y坐标/m*8654.621*8617.771*9090.554*8849.569*9360.819*9066.29*9170.884*9316.103*9553.233*8988.398*8803.392*9168.021*9377.963*8884.095*9455.539*8726.223*8771.927*8788.541*9464.145*9363.322*8672.227*9218.344*8900.813X坐标/m*8903.152*8787.827*8864.069*8622.048*8556.968*8862.705*8729.365*8607.254*8643.652*8814.34*8571.813*8624.153*8910.152*8608.087*8780.019*8545.826*8522.769*8800.196*8724.472*8629.784*8592.268*8888.301*8849.858观测点号RDK24RDK25RDK26RDK27RDK28RDK29RDK30RDK31RDK32RDK33RDK34RDK35RDK36RDK37RDK38RDK39RDK40RDK41RDK42RDK43RDK44RDK45RDK46高程/m397.733397.161396.945398.921394.567398.998397.739396.631396.093398.499397.438398.432397.225397.714394.752394.081397.819394.283398.454395.844398.868395.494395.233Y坐标/m*9329.015*9018.373*8509.63*9352.321*9352.165*8562.214*8708.397*8850.917*9400.372*9204.873*9519.567*9053.656*9286.653*9591.327*9347.334*9118.713*8957.419*8737.123*9310.436*8613.494*8683.339*9159.49*9137.432X坐标/m*8698.442*8757.706*8608.384*8855.016*8662.121*8897.107*8591.792*8818.766*8724.677*8695.209*8688.124*8768.011*8772.034*8683.415*8730.858*8745.63*8709.905*8727.553*8682.672*8624.789*8840.573*8842.658*8623.848表1陕西省西安市某房地产建设工程一期RTK技术坐标点成果建筑经济与管理191安徽建筑陕西省西安市某房地产建设工程一期位于2019-CH-52 地块，位于城区东北角区域核心商圈范围，附近已有配套公 用 设 施，交 通 便 利。项 目 总 投 资95000万元，项目建设用地约6.24hm2，总建筑面积约 241353.70m2，其中地上约 174487.20m2，地下约 66866.49m2，主要建设14栋26层33层单元高层住宅建筑、1栋三层幼儿园及4栋低商，居民户数 1372 户，容积率 2.8，建筑密度19%，绿地率30%，车位配比1:1.1，涵盖高层、复式、第四代住宅、九班制幼儿园、商业等多种业态。住宅建筑的单层高为3.2m，总 建 筑 高 度 变 化 范 围 为 8399m，钢筋混凝土等级为C30混凝土，钢筋材质为 HRB335，楼板承受的人群活荷 载 为 4.0kN/m3，楼 板 的 容 重 取25.0kN/m3，楼板的跨度和板厚分别为3.60m、10cm，柱间距为 8.0m8.0m，柱子截面尺寸为900mm900mm。为了获取该工程项目的地形信息，采用RTK技术进行测量，数据的采集和处理流程如图3所示。对项目中测试的46观测点的坐标信息和高程信息结果如表 1 所示。由于地形信息为秘密数据，表1中采用“*”对所测量的数据进行了脱密处理。为了考察RTK技术的测量精度，将全站仪获取的同名点坐标对比，分析平面误差以及高程误差，如表2所示。从表 2可以计算得出，在不考虑全站仪测量误差的基础上，RTK在高程方面的中误差为0.03m，在平面方面的中误差为0.04m，完全满足城市工程建设测图的需要。4结论RTK技术是随着全球定位系统GPS技术发展起来的实时动态测量技术，能够动态连续提供测绘数据，本文以西安市某房地产开发项目实例为研究对象，在研究RTK技术基本原理的基础上，分析其在城市工程测绘中的主要工作内容以及 RTK 技术应用，结合工程实例将RTK 技术应用于项目的平面和高程测量。研究结果表明，RTK技术能够快速和精确地提供高程和平面数据，在高程误差和平面误差上均控制在要求范围内。参考文献1祝会忠,李军,蔚泽然,等.北斗卫星导航系统长距离网络RTK方法研究J.中国矿业大学学报,2019,48(5):1143-1151.2张海宝,邹佳成,彭泽峰,等.基于北斗RTK 定位技术的高速公路路基 CFG 桩施工质量控制J.施工技术,2021,50(5):98-100,116.3刘新华,尚俊娜,施浒立.基于 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定位算法研究J.测绘通报,2020(1):77-79.观测点号RDK1RDK2RDK3RDK4RDK5RDK6RDK7RDK8RDK9RDK10RDK11RDK12RDK13RDK14RDK15RDK16RDK17RDK18RDK19RDK20RDK21RDK22RDK23高程偏差/m-0.0150.0120.035-0.0210.033-0.0110.049-0.0380.0490.0290.015-0.003-0.035-0.028-0.004-0.0060.041-0.0440.0100.032-0.0280.0430.030Y坐标偏差/m0.0090.0420.0240.0080.010-0.020-0.0390.0310.0490.0120.011-0.026-0.0180.023-0.025-0.0340.0260.0070.0060.030-0.015-0.0100.038X坐标偏差/m-0.0370.0260.0280.0040.0330.0000.042-0.0090.0330.043-0.033-0.007-0.0330.001-0.004-0.005-0.0310.040-0.0210.030-0.046-0.0400.035观测点号RDK24RDK25RDK26RDK27RDK28RDK29RDK30RDK31RDK32RDK33RDK34RDK35RDK36RDK37RDK38RDK39RDK40RDK41RDK42RDK43RDK44RDK45RDK46高程偏差/m-0.0270.0380.0050.0430.014-0.0170.0370.0440.0100.025-0.035-0.048-0.0260.0230.0100.0260.0100.024-0.0380.024-0.0320.027-0.014Y坐标偏差/m-0.0150.0120.0350.021-0.0330.0110.049-0.0380.0490.0290.0150.0030.0350.028-0.0040.0060.0410.0440.0100.032-0.0280.0430.030X坐标偏差/m0.0480.019-0.0490.0430.0490.013-0.0320.043-0.0460.021-0.0100.0090.045-0.036-0.0130.0420.037-0.0180.0270.0110.0090.014-0.016表2陕西省西安市某房地产建设工程一期测量点数据误差分析建筑经济与管理192