【RTK技術在城市測繪工程中的應用探究7500字（論文）】

、緒論1.1研究背景GPS（GlobalPositioningSystem，高精度無線電導航的定位系統(tǒng)），是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。GPS是美國軍方開發(fā)一個項目，最初用于軍事活動，隨著時代的發(fā)展，因為它全天候和全球性的特點，已經(jīng)進入到全球人民生活的各個方面。隨著科學技術的快速發(fā)展，在GPS的基礎上，RTK技術隨之出現(xiàn)。RTK（Real-timekinematic）實時動態(tài)差分技術，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站采集到的數(shù)據(jù)發(fā)給用戶移動站接收機，進行求差解算坐標[1]。RTK技術經(jīng)過多年研究發(fā)展，已經(jīng)廣泛應用于全球各個國家的各行各業(yè)。其中，因其適應各種天氣，不受地理位置的限制，并且具有高效、實時性的特點，使得RTK技術已經(jīng)廣泛應用在測繪行業(yè)。1.2國內研究現(xiàn)狀在國內，GPS被應用于各種行業(yè)、各個領域，其中在城市規(guī)劃建設項目中同樣得到了應用和深入研究。常規(guī)的RTK技術很早就得到了普及，并且隨著實際使用和深入的研究探討，RTK技術已經(jīng)發(fā)展的相當成熟。但是隨著實踐的深入，人們已經(jīng)越來越不滿足常規(guī)的RTK技術。最近這些年,隨著科學技術的飛速發(fā)展,RTK技術也有了更深層次的研究，已經(jīng)由以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量發(fā)展到了現(xiàn)在的載波相位動態(tài)實時差分方法，甚至有些城市已經(jīng)開始使用CORS系統(tǒng)，增加了測量作業(yè)的有效工作半徑，同時也有效解決了基準站和移動站數(shù)據(jù)傳輸方面存在的問題。因RTK技術受地形和復雜天氣的影響較小，能夠實時的得到厘米級的測量數(shù)據(jù)，因此在測繪行業(yè)中，RTK技術廣受歡迎。隨著時代的發(fā)展，城市建設的步伐一直在進前進，施工環(huán)境較為復雜，與常規(guī)的全站儀、經(jīng)緯儀等測量儀器對比來說，RTK技術脫穎而出。1.3研究意義傳統(tǒng)的地形測量（又稱碎部測量）方法有經(jīng)緯儀測繪（測記）法、大平板儀（光電測距照準儀）測圖法以及小平板儀與經(jīng)緯儀聯(lián)合測圖法。前兩種方法是在實踐過程中將視線投影到平板上，然后根據(jù)合適的比例在圖紙上畫好待測地形，等到圖形畫好之后，再進行整理和出版。這兩種方法表現(xiàn)較為直接，但是在實際操作過程中比較繁瑣，費時費力，而且稍不注意就會出現(xiàn)錯誤，對接下來的施工產(chǎn)生或大或小的影響。城市建設在快速發(fā)展過程中，一般測量控制點都是在地面上，測量控制點很容易被破壞，使得測量作業(yè)進展緩慢。所以準確及時的提供控制點，就顯得尤為重要。此時RTK技術的出現(xiàn)，使得測量人員能及時的得到數(shù)據(jù)結果，極大的提升了作業(yè)效率。目前，在地形測量中，全站儀也有一席之地，但在實際工作中，該儀器前期準備工作復雜繁瑣，測量中還需要多次移動，進而導致誤差會越來越大，最終無法保證數(shù)據(jù)的準確性。而RTK不受地形、復雜天氣影響的特點，就顯得極為重要[2]。因此將RTK和全站儀結合使用，就可以增加測量結果的準確性，減少誤差，從而在低工作量的情況下，也能保證高效率、高精度。2、RTK作業(yè)系統(tǒng)的特征與常規(guī)的測繪技術相比，RTK系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為:2.1不受季節(jié)的限制傳統(tǒng)的測繪技術受季節(jié)、天氣影響較大，在通視條件不好的地區(qū)精度有所下降，誤差較大。但RTK技術不管地形、氣候復雜與否，也不需要考慮基準站和移動站之間是否能夠相互看到，只要基準站和移動站能夠收到雙方的電磁波信號，并且能夠接收到衛(wèi)星信號，即使再復雜的區(qū)域也可以保證測量精度[3]2.2具有高精確度的定位功能GPS系統(tǒng)的定位精度較低，RTK技術利用差分技術，定位精度更高。即便是復雜的地形，周圍建筑物環(huán)繞，也可得到準確的數(shù)據(jù)，并且計算出測量地區(qū)的坐標，為城市測量提供便捷，加快了城市建設的步伐。2.3具有超強的綜合性RTK技術在吸納傳統(tǒng)測量技術的優(yōu)點的同時，也有了發(fā)展創(chuàng)新，一方面實現(xiàn)了測繪的自動化，用戶手簿利用內置的軟件控制系統(tǒng)，不需要人工操作便可進行多種功能的測繪工作，降低了人為操作的誤差。另一方面，RTK技術是將基準站和移動站用戶接收機直接聯(lián)系在一起，能夠讓數(shù)據(jù)實時傳輸，進而使測量工作能夠高效、及時的完成。2.4操作更加便捷RTK作業(yè)系統(tǒng)即便兼具傳統(tǒng)測量方法沒有的優(yōu)勢，但是實際工作中操作也并不復雜。RTK作業(yè)系統(tǒng)實操性較強，往往是實際工作中，一個測量人員也可以進行測量工作。2.5RTK技術在城市工程測量應用中存在的局限性2.5.1衛(wèi)星信號問題RTK技術是在GPS技術的基礎上發(fā)展而來，而GPS技術是美國人發(fā)明，GPS所需要的的衛(wèi)星系統(tǒng)也是有美國發(fā)射的，其他國家所在位置可能會有所偏差，所以整體而言，GPS在美國位置使用更加方便，數(shù)據(jù)也更加準確。另外，GPS需要接受衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而在城市中進行測量時，地理位置及地形的影響因素較大，例如樓間距小，遮擋較多等，都可導致基準站不能正常接收信號，甚至會出現(xiàn)出現(xiàn)浮動解、單點解等其他情況，影響測量作業(yè)。2.5.2數(shù)據(jù)鏈傳輸問題電臺傳輸數(shù)據(jù)的質量也影響最終的測量結果。在城市中，高樓大廈過多，且樓間距較小、以及高頻信號源過多等因素，在傳輸過程中，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號會越來越弱，基準站、流動站不能準確接收對方傳輸?shù)男盘?，導致測量作業(yè)收到影響。2.5.3有效距離問題RTK技術的有效作業(yè)半徑與數(shù)據(jù)鏈傳輸質量、電臺功率有很深的聯(lián)系。當進行測量作業(yè)時，若移動站離基準站過遠，數(shù)據(jù)鏈傳輸收到影響，其測量結果將超過誤差值，不再準確。所以相較于理論設計值，RTK作業(yè)的實際有效半徑要并沒有那么大，工程實踐和其他學者的研究結果都證明了這一點[4]。所以在實際測量作業(yè)中，基準站的位置選擇至關重要，關系到流動站的有效作業(yè)半徑。3、RTK在城市工程測量作業(yè)流程3.1準備工作注意，在進行實際施工測量作業(yè)之前，做好前期準備工作至關重要。測量人員要根據(jù)施工地點周邊環(huán)境、地理位置，進行原始地形數(shù)據(jù)的采集或復核。前期準備工作一般為：①將設計單位提供的交樁資料匯總，然后進行圖紙及相關測量文件的查閱；②檢查并符合測量放樣數(shù)據(jù)。多人復核確保數(shù)據(jù)的準確性；③設置坐標系統(tǒng)。根據(jù)實際工作情況選擇西安80或北京54。然后進行坐標參數(shù)的轉換。參數(shù)轉換其實就是測量重合點。重合點是指該既知道該控制點的大地坐標，也知道該控制點的實際施工坐標；④坐標參數(shù)轉換完成之后就需要進行坐標輸入工作。將設計單位提供的坐標輸入到流動站手簿之中，輸入時要確保坐標輸入正確[5]。3.2確定所測區(qū)域的轉換參數(shù)城市現(xiàn)代化建設中，測繪工程一般使用當?shù)氐牡胤阶鴺?，而RTK技術使用的是WGS84地心坐標系，這就需要我們對WGS84坐標與實際施工坐標進行參數(shù)轉換。進行坐標參數(shù)轉換時，可參考以下方法：①開啟基準站，打開求轉換參數(shù)；②在求轉換參數(shù)界面首先點擊設置按鈕，將坐標轉換法改為“一步法”，開始進行四參數(shù)的設置；③輸入坐標參數(shù)。平面坐標輸入已知控制點坐標，大地坐標輸入RTK測出來的控制點坐標；④計算四參數(shù)并應用。將坐標準確的輸入完成后，點擊“計算”，手簿內置軟件將會自動計算出坐標系轉換的參數(shù)，然后再點擊“應用”即可。之后進行測量作業(yè)時，RTK得到的就是當?shù)刈鴺肆薣5]。3.3基準站的選定基準站安放位置的不同，數(shù)據(jù)傳輸質量和整周模糊度的解算時間也會受到相應的影響?；鶞收镜募茉O，一般是任意架站，也可以架設在已知控制點。我們最常用的方式是自啟動，對基準站的架設位置沒有特別要求。架站時應注意幾點：①架站位置應該選在土壤地質堅實、穩(wěn)固牢靠的地方，同時要方便加密和擴展。②架設位置上方視野開闊，且上空及周圍沒有障礙物遮擋。不能將基準站架設在可以干擾或反射衛(wèi)星信號的物體附近。③充分利用滿足要求的原有控制點。3.4RTK施測步驟在實際測量作業(yè)時，作業(yè)流程如下：①按照要求架好基準站后，檢查信號燈是夠正常；②打開手簿藍牙連接移動站③打開在建工程，檢查數(shù)據(jù)④復核一到兩個已知控制點，核對是否無誤；⑤在確定控制點坐標無誤后，方可進行下一步的施工測量作業(yè)。3.5RTK測量須注意的一些問題RTK方便快捷，準確度高，但實際施工測量作業(yè)中，還會有系統(tǒng)誤差、偶然誤差和粗大誤差等。偶然誤差主要是由在測量作業(yè)過程中一系列有關因素微小的隨機波動而形成的具有相互抵償性的誤差，如室溫、氣壓和相對濕度等環(huán)境條件的不穩(wěn)定,工作人員操作的微小差異以及儀器的不穩(wěn)定性等。單次的測量產(chǎn)生的隨機誤差并沒有規(guī)律，因此無法人為消除。但是，偶然誤差出現(xiàn)的規(guī)律我們可以根據(jù)實際作業(yè)中多次測量結果分析總結出來，然后進行數(shù)據(jù)整理，減小誤差。粗大誤差一般是由測量方法錯誤、讀數(shù)錯誤、測量儀器有嚴重缺陷等原因產(chǎn)生的，一般在測量過程中就能及時發(fā)現(xiàn)，并予以修正。此時，對測量結果質量的控制就顯得尤為重要。一般控制測量結果的質量有以下幾種方法：①已知點檢核比較法：與全站儀等其他測量儀器配合使用時，需RTK與全站儀對測量結果進行校驗、復核。當發(fā)現(xiàn)問題時需要馬上改正；②重測比較法：RTK開機啟動后，在開展施工測量工作之前，首先對已知點的坐標進行復核、校對，若無問題再進行下一步施工作業(yè)；③電臺變頻法：在施工作業(yè)區(qū)域內架設兩個以上的基準站，每個基準站使用不同的頻率傳送改正數(shù)據(jù)，流動站用變頻開關選擇性地分別接收每個基準站的改正數(shù)據(jù)從而得到兩個以上解算結果，通過比較這些結果從而判斷其質量高低。[6]。在這幾種方法中，已知點檢核比較法是最靠譜的，但受限于實際施工時的控制點，當該區(qū)域沒有控制點時，就要使用重測比較法，對測量結果進行檢驗復核，而電臺變頻法有良好的實時性，但需要具備一定的儀器條件。4、RTK技術在城市測繪工程中的具體應用在城市現(xiàn)代化建設中使用RTK技術，本文將結合河南省鄭州市經(jīng)開區(qū)興港和昌凌云筑項目來介紹。該項目的施工位置位于鄭州市經(jīng)開區(qū)九龍鎮(zhèn)龍善街與朗星路交叉口西南角。擬建建筑包括8棟2層地下室的高層住宅樓，框架結構：2棟3F配套樓，框架結構，局部地下2層；1棟2F配套樓，框架結構，局部地下2層；地下車庫，框架結構，地下2層。擬建項目±0.00為96.20m，場地整平標高96.20m，基坑深度為整平地面下10.60m，基底標高85.60m。工程平面圖詳見圖4-1。圖4-1工程平面圖4.1前期準備工作為保證RTK技術在實際施工測量中能夠正常使用，完善前提準備工作是至關重要的。第一，對施工測量區(qū)域進行實地勘察，負責測繪的工作人員要了解周圍的環(huán)境，確保周邊環(huán)境無遮擋障礙物和高頻信號源等其他因素的影響?；鶞收镜纳戏叫枰獙掗?、無障礙物遮擋的，配合RTK技術全天候、綜合性等特點，來保證測量人員能夠正常進行施工測量作業(yè)。其次，確定轉換參數(shù)。RTK作業(yè)默認的是WGS84地心坐標系，而在實際的測量作業(yè)中我們一般采用地方獨立坐標或者北京54坐標或西安80坐標，我們就需要將WGS84坐標轉換為適合施工使用的坐標。將WGS84轉換為合適的施工坐標，可以使用高斯投影的方法，我們就要確定WGS84與實際施工坐標兩個坐標系之間的轉換參數(shù)，同時定義三維空間直角坐標軸的偏移量和旋轉角度并確定尺度差。但一般情況下，在實際測量工作中，我們通常利用已知的控制點坐標進行小范圍的地方轉換參數(shù)。在城市測繪工作中使用RTK技術，不但能夠得到較為準確的測量數(shù)據(jù)，為后續(xù)的城市規(guī)劃工作提供數(shù)據(jù)支撐，而且還可以用RTK技術實時監(jiān)控測繪的準確度，從而使坐標點和測繪數(shù)據(jù)的精確度得到保證。。4.1.1周邊環(huán)境北側：基坑東北側為朗星路，基坑上口線距紅線最近處約4.0m，西北側現(xiàn)為空地。東側：基坑東側為龍善街。南側：基坑南側上口線距紅線約1.2m，紅線外側為寬度約27.0m的擬建綠化場地，綠化外側為美辰路。西側：基坑西側為拆件場地，基坑上口線距紅線最近處約2.1m，基坑西北角為總包單位項目部及工人生活區(qū)，紅線外為龍真街。4.2控制測量在RTK技術出現(xiàn)之前，要進行加密控制點，需要從高等級的控制點上做導線測量，路線很長，需要的較多人員和儀器投入，而且數(shù)據(jù)不小心就會出現(xiàn)錯誤，從而進行重復工作，在進行數(shù)據(jù)計算時，也需要大量時間，費時費力。若控制測量使用RTK技術，一般情況下測量人員都可以自己選擇合適的位置做加密控制點，并計算出坐標，這樣一來，減少了作業(yè)時間，工作效率得到了有效提高。如果把RTK用于水利工程控制測量、大地測量、工業(yè)與民用建筑控制測量等其他方面，不但省時省力，同時工作效率也能得到了極大的提升?？刂泣c的測量工作，一個測量人員就可以進行。公路測量中，RTK技術的使用過程，如圖4-2所示。圖4-2RTK技術在城市道路測量中的應用4.3地形測量4.3.1地形地貌擬建場地屬于黃河沖積平原，地貌單一。4.3.2水文地質條件勘察期間地下水水位埋深約7.5-10.0m（標高85.5m左右），屬第四系松散巖類孔隙潛水，據(jù)調查本區(qū)域內地下水位年變幅1.0-2.0m左右。近3-5年地下水位埋深約3.0m（標高93.0m左右），場地范圍內地下水歷史最高水位埋深約自然地面以上1.0m（標高95.0m左右）；地下水的補給主要為大氣降水，考慮采用降水措施，本項目采用管井降水。4.4施工測量施工測量指的是在工程施工過程中進行的測量作業(yè)，在工程建設中起到了至關重要的作用。主要工作內容為施工控制網(wǎng)的建立、建筑物施工邊線放樣、竣工測量和施工過程中的變形觀測等。施工測量前，準備工作主要包括將設計單位提供的交樁資料匯總，然后進行圖紙及相關測量文件的查閱、編制施測方案與數(shù)據(jù)準備、測量儀器率定、原始地形復核等。大中型的工程項目，首先需要建立針對整體的控制網(wǎng)，再依次建立建筑物局部區(qū)域施工控制網(wǎng);規(guī)模較小或者對精度要求高的單獨施工項目，可直接建立施工控制網(wǎng)。建筑物施工控制網(wǎng)，應依據(jù)場區(qū)控制網(wǎng)進行定位、定向和起算;控制網(wǎng)的坐標軸，應與工程設計所采用的主副軸線保持一致;根據(jù)水準控制點，測出建筑物的±0高程面?？刂凭W(wǎng)點，應根據(jù)設計單位提供的施工總平面圖和總布置圖進行設置，同時滿足實際施工時的測量需求。4.4.1RTK建站本工程使用中海達GPS，并使用CROS賬號進行登錄，無基準站架設，方便快捷，在RTK中打開新項目進行原始點采集，原始點信息：J1：X=38937.568，Y=87062.122，Z=96.124,；J2：X=39093.297，Y=87067.168；J3：X=38940.220，Y=86789.158（平面坐標系統(tǒng)：鄭州市城市坐標系；高程系統(tǒng)：1985國家高程基準）；原始點采集完畢以后進行坐標計算并使用。4.4.2RTK放線根據(jù)工程平面圖上的用地紅線、基坑上口線及基坑下口線進行現(xiàn)場放線，因用地紅線內有東賈村安置區(qū)，現(xiàn)安置區(qū)有居民居住，紅線位置無法進行放線，只能進行基坑上口線及基坑下口線的放線工作。按照施工圖紙上口線坐標為：X=38977.824，Y=87039.756，X=38976.829，Y=86843.040，X=39014.203，Y=86838.478，X=39015.586，Y=86795.200，X=39032.842，Y=86795.200，X=39038.744，Y=86774.270，X=39079.799，Y=86774.271，X=39091.903，Y=86787.118，X=39095.397，Y=86918.482，X=39135.811，Y=86903.368，X=39173.252，Y=86912.725，X=39164.535，Y=86974.938，X=39119.471，Y=87039.757，X=39038.887，Y=87027.427，X=39009.486，Y=87027.427。按照施工圖紙下口線坐標為：X=38982.677，Y=87034.456，X=38980.382，Y=86849.340，X=39020.422，Y=86840.800，X=39021.353，Y=86801.500，X=39035.653，Y=86801.500，X=39045.044，Y=86780.570，X=39078.453，Y=86780.571，X=39086.603，Y=86789.221，X=39092.681，Y=86923.728，X=39138.794，Y=86908.138，X=39167.952，Y=86915.138，X=39162.552，Y=86969.638，X=39112.010，Y=87034.458，X=39042.237，Y=87022.311，X=39007.509，Y=87022.127。上口線外場地做場地整平并埋置沉降觀測點進行沉降觀測監(jiān)測。4.5變形監(jiān)測隨著時間的變化，為了確定監(jiān)測目標在空間上和自身內部形態(tài)的變化，而采取的監(jiān)測手段被稱為變形監(jiān)測。在施工過程中，由于建筑自重、使用過程中的動載荷、振動及風力因素引起的附加載荷、地下水位的變化、地勘不充分、設計偏差、施工質量較差、施工措施不當?shù)纫蛩?，會使施工區(qū)域內發(fā)生地基沉降或其他的變化，這些變化會對基坑以及建筑主體產(chǎn)生一定的影響[7]。在進行變形測定的時候，應根據(jù)監(jiān)測對象的不同而改變變形測定的方向。比如在監(jiān)測水利工程的水工建筑物時，主要監(jiān)測方向是水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測以及撓度監(jiān)測、傾斜監(jiān)測等。而監(jiān)測工業(yè)與民用建筑時，一般進行垂直位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、傾斜觀測、裂縫觀測、撓度觀測、擺動和轉動觀測等，同時在監(jiān)測的過程要及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)收集并進行匯總分析，確定建筑物是否穩(wěn)定，及時為安全運行診斷提供必要的數(shù)據(jù)支撐，防患于未然。同時理解變形的原理，提高工程設計的理論，進行反饋設計以及建立有效的變形預報模型。對建（構）筑物在施工期和運營期進行變形監(jiān)測，是建設項目的一個必不可少的環(huán)節(jié)，能第一時間為工程項目的施工安全和運營安全提供有效且準確的監(jiān)測預報[8]。4.6公路（交通）測量城市建設快速發(fā)展的同時，對城市的交通條件要求也在快速增長，實際施工時的測量要求也隨著公路標準的提升而提高。由于公路測量路線較長，使用全站儀等其他常規(guī)儀器就顯得捉襟見肘了，從而導致工期延長、成本增加等問題。而RTK技術就不用再考慮這個困難。架好基站之后，一個測量人員就可以在基準站與流動站接收機工作半徑之內進行施工放樣等工作。若利用CROS系統(tǒng)，測量人員更可不受基準站的影響，可以在短時間之內進行施工放樣，從今加快施工進度。在實際施工放樣中，使用RTK技術配合十米樁、五米樁來精準定位轉彎、起伏等情況，降低施工誤差[9]。綜上所述，在公路施工使用RTK測量，尤為適合。4.7電力建設工程測量現(xiàn)代化社會發(fā)展的道路上，電力作為一項不可或缺的能源，時時刻刻影響著人們的生活。因此電網(wǎng)的架設也至關重要。由于電網(wǎng)線路一般都是跨區(qū)域的，施工路線長，很難做到通視，此時RTK技術的優(yōu)點就凸顯出來[10]。利用RTK技術，可以將設計單位提供的坐標寫入到RTK手簿中，然后進行施工放樣，利用RTK的定位功能，即可精準定位電網(wǎng)線路中轉角的位置，保證電網(wǎng)線路不偏移。結論RTK技術是建立在GPS的基礎上誕生的一種新的測量技術，它的出現(xiàn)