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RTK技术在城市燃气管道测量中应用
摘要: RTK技术是GPS测量技术与数据传输技术结合, 是GPS测量技术中一个新突破。本文叙述了RTK概念、 系统组成以及在测量领域内应用优势和存在问题, 并结合其在城市燃气管道测量中实际应用例子, 说明其在城市燃气管道测量中应用前景。
关键词: RTK; GPS; 测量; 完工图; 正确性; 应用
伴随全球定位系统(GPS)技术快速发展, RTK(Real Time Kinematic)测量技术也日益成熟, RTK测量技术逐步在测绘中得到应用, 且其精度高、 实时性和高效性, 使得其在城市测绘中应用越来越广, 在城市燃气管网测绘中有着很好应用前景。
1 RTK技术概述
GPS(Global Positioning System, 全球定位系统)是由美国建成, 含有全方位实时三维导航与定位能力新一代卫星导航与定位系统, GPS以全天候、 高精度、 自动化、 高效益等显著特点, 应用于测绘领域。
RTK(Real Time Kinematic)即为实时动态定位技术测量系统, 是在GPS技术(全球定位系统)基础上发展起来, 是GPS测量技术与数据传输技术结合, 也是GPS测量技术中一个新突破。RTK测量技术是一个基于载波相位观察值实时差分GPS定位测量技术, 其基础原理是: 在基准站上设置1台GPS接收机, 对全部可见GPS卫星进行连续观察, 并将其观察数据经过无线电传输设备, 实时地发送给用户观察站。在用户观察站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号同时, 经过无线电接收设备, 接收基准站传输观察数据, 然后依据相对定位原理, 实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站三维坐标及其精度。经过实时计算定位结果, 便可检测基准站与用户站观察结果质量和解算结果收敛情况, 实时地判定解算结果是否成功, 从而降低观察量, 缩短观察时间。
RTK测量系统通常由以下三个部分组成: GPS接收设备、 数据传输设备、 专用软件系统。数据传输系统由基准站发射电台与流动站接收电台组成, 它是实现实时动态测量关键设备。专用软件系统含有能够实时解算出流动站三维坐标功效。图1为GPS-RTK测量示意图。

2 RTK技术优势和存在问题
2.1 RTK技术优势
(1) 作业效率高
RTK设站一次即可测完4km半径测区, 大大降低了传统测量所需控制点数量和测量仪器“搬站”次数, 仅需一人操作, 在通常电磁波环境下几秒钟即得一点坐标, 作业速度快, 劳动强度低, 节省了外业费用, 提升了劳动效率。
(2) 定位精度高, 数据安全可靠, 没有误差积累, RTK平面精度和高程精度都能达成厘米级。
(3) 降低了作业条件要求
RTK技术不要求两点间满足光学通视, 只要求满足“电磁波通视”, 所以, 和传统测量相比, RTK技术受通视条件、 能见度、 气候、 季节等原因影响和限制较小, 在传统测量看来因为地形复杂、 地物障碍而造成难通视地域, 只要满足RTK基础工作条件, 它也能轻松地进行快速高精度定位作业。
(4) RTK作业自动化、 集成化程度高, 测绘功效强大。RTK可胜任多种测绘内、 外业。流动站利用内装式软件控制系统, 无需人工干预便可自动实现多个测绘功效, 使辅助测量工作极大降低, 降低人为误差, 确保了作业精度。
(5) 操作简便, 轻易使用, 数据处理能力强, 只要在设站时进行简单设置, 就可边走边取得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、 存放、 处理、 转换和输出能力强, 能方便快捷地与计算机、 其它测量仪器通信。
2.2 RTK技术存在问题
(1) 受卫星系统位置影响, 易产生假值, 在城市高楼密布区, 卫星信号被遮挡时间较长, 使作业时间受限制。
(2) 受天空环境电离层干扰影响大, 初始化时间长甚至不能初始化, 作业时段无法进行测量。
(3) RTK数据链传输易受到高大建筑物和多种高频信号源干扰, 在传输过程中衰减严重, 严重影响外业精度和作业半径。
(4) 在城镇密楼区作业时, GPS卫星信号被阻挡机会较多, 轻易造成失锁, 需要常常重新初始化。
(5) 不一样质量RTK系统, 其精度和稳定性差异较大, RTK测量精度和稳定性都不及全站仪。
3 不一样测量技术方法在燃气管线测绘工作比较
RTK测量系统开发成功为GPS测量工作可靠性和高效率提供了保障, 这对GPS测量技术发展和普及含相关键现实意义, 可用于城市燃气管道控制测量、 管道定线和燃气建构筑物计划放线, 下面将其与常规测量以及GPS静态测量优势在以上应用中进行比较。
3.1 燃气管网控制测量上比较
(1) 为满足城市燃气管网测绘需要, 常规城市控制网含有控制面积大、 精度高、 使用频繁等特点, 而且城市Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ级导线大多位于地面, 伴随城市建设飞速发展, 这些点常被破坏, 影响了工程测量进度, 也因无法快速正确地提供控制点直接影响工作效率。常规控制测量如导线测量, 要求点问通视, 费时费工, 且精度不均匀。
(2) GPS静态测量, 点间能够不需通视且精度高, 但需事后进行数据处理, 不能实时知道定位结果, 如发觉精度不符合要求则必需返工, 返工量较大。
(3) 应用RTK技术不管在作业精度, 还是作业效率上将含有显著优势。RTK测量技术除含有GPS测量优点外, 同时含有观察时间短, 能实现坐标实时解析优点, 所以可有效地提升工作效率。实时动态定位假如采取快速静态测量模式, 在15km范围内, 其定位精度可达1～2cm。表1为管网控制测量方法比较。
表1 管网控制测量方法比较
测量方法
测量条件
外业工作量
内业工作量
项目完成质量
常规测量
点间通视
费时费工
较大
精度不均匀
GPS静态测量
不需通视
事后进行数据处理
较小
有时精度不符合要求易返工
RTK技术测量
不需通视
观察时间短
工作效率高
精度高
3.2 管路中线定线上比较
(1) 常规线路中线定线, 如经纬仪交会放样, 全站仪边角放样等等, 通常要放样出一个设计点位时, 往往需要往返移动目标, 而且要2～3人操作, 同时在放样过程中还要求点间通视情况良好, 在生产应用上效率不是很高, 有时放样中碰到困难情况会借助于很多方法才能放样。
(2) GPS线路中线定线, 能够高精度并快速地测定各级控制点坐标, 但经典GPS钡U量不含有实时性。
(3) 采取RTK技术放样时, 仅需将线路参数如线路起终点坐标、 曲线转角、 半径等输入到电子手簿中, 背着GPS接收机, 它会提醒你走到要放样点位置, 放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位, 便于前后左右移动, 直到误差小于设定值为止, 这么既快速又方便, 因为GPS是经过坐标来直接放样, 而且精度很高也很均匀, 所以在外业放样中效率会大大提升, 且只需一个人操作。
RTK技术用于管线测量, 用专业测图软件, 经过电子手簿统计即可实现数字化测图。RTK比静态GPS还多出部分误差原因如数据链传输误差等, 与GPS静态测量相比, RTK测量更轻易犯错, 必需进行质量控制。表2为管路中线定线测量方法比较。
表2 管路中线定线测量方法比较
测量方法
测量条件
外业人员数量
实时性
项目完成效率
测量精度
常规测量
点间通视
2～3人
有
不高
不稳定
GPS静态测量
不需通视
2人
无
较高
高
RTK技术测量
不需通视
1人
有
高
高
4 RTK技术在燃气管道测量应用实例
开始, 吉林港华燃气在天然气管道市政管线定位上, 采取了RTK技术, 在天然气管道市政管线测绘时, 比以往采取全站仪测量大大提升了测点正确度, 节省了大量测绘时间, 为完工图绘制提供了正确基础数据。具体做法是取由吉林市勘测设计院提供点位精度较高城市坐标点作为首级控制点(即基准点), 安置一台接收机作为参考站对卫星进行连续观察, 流动站上接收机在接收卫星信号同时, 经过无线电传输设备接收基准站上观察数据, 计算机依据相对定位原理实时计算显示出流动站三维坐标和测量精度。这么就可实时监测待测点数据观察质量和基线解算结果收敛情况, 据待测点精度指标, 确定观察时间, 从而降低观察量, 提升工作效率, 测绘工作完成后, 经过EXCEL和AUTOCAD软件将测绘三维坐标点转化成为全百分比二维完工图。
其操作方法为:
① 打开EXCEL软件, 在文件菜单下点击打开, 找到刚测绘后城市坐标点(为记事本格式)点击下一步, 将空格、 分号钩选, 然后点击下一步, 再点击完成。
② 在EXCEL软件中出现城市坐标点, 然后将X、 Y值选择, 点复制。
③ 打开AUTOCAD软件(以上版本), 点击多线段命令, 在下方输入点位置右键点粘贴, 在CAD绘图区内会出现测绘走向图, 如需要标注城市坐标, 则需要有自动标注软件完成。
5 结语
(1) RTK在控制测量及施工放样中应用广泛, 比传统测量仪器测量, 有着省时省工且高精度优点;
(2) 在进行测量时, 应注意克服存在问题, 基准站宜在中心位置, 选择无磁场影响, 空旷开阔制高点, 确保流动站接收信号好, 工作稳定;
(3) RTK技术在燃气工程完工测绘上提升了正确性, 在完工图绘制上降低了误差, 更有利于城市燃气企业燃气管网GIS地理信息系统建设。