RTK在城市道路測量中的應用

PAGE 題目：RTK在城市道路測量中的應用專業(yè)：測繪工程【摘要】：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設的改造和完善項目也越來越多，而且大部分工程項目具有工程規(guī)模小且分散，工期要求緊的特點，應用常規(guī)的測量作業(yè)方法可能無法滿足工程的需要。文章首先簡單分析了常規(guī)道路測量方法的不足及RTK的技術優(yōu)勢，其次介紹了RTK的組成及其基本原理，并通過RTK在城市道路測量中的應用實例對RTK技術進行了探討，分析了影響RTK測量精度的一些因素，具有一定的參考價值?！娟P鍵詞】：道路測量；城市；應用

目錄1引言 11.1城市道路測量的常規(guī)作業(yè)方法及其缺點 11.2應用RTK進行道路測量的技術優(yōu)勢 11.3應用RTK進行城市道路測量的意義： 12GPS(RTK)組成及其工作原理 22.1GPS(RTK)技術概述： 22.2RTK工作原理 23項目技術方案 33.1測量前準備： 33.2作業(yè)依據(jù) 33.3測量精度要求及坐標系統(tǒng) 33.4儀器配備及人員安排 33.5外業(yè)施測： 33.6內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理： 34RTK在城市道路測量中的應用實例 44.1工程概況 44.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集： 54.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理： 74.4誤差來源 115結論與展望 135.1結論： 135.2展望： 13致謝： 14參考文獻 15PAGE131引言1.1城市道路測量的常規(guī)作業(yè)方法及其缺點隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市道路的改造完善已經(jīng)成為城市建設的重要項目，其中道路工程的改造需要進行中樁放樣、縱橫斷面測量及碎部測量。常規(guī)作業(yè)方法是采用全站儀根據(jù)設計的線路坐標進行中樁放樣，測量線路的縱橫斷面，人工畫草圖，用全站儀進行碎步測量。由于道路工程的工期都非常短，任務要求較緊，采用全站儀放樣速度就可能無法滿足工程的需要，并且常規(guī)的作業(yè)方法需要人員密切配合，不利于統(tǒng)一指揮和調(diào)度。而且如果放樣速度過慢，放樣的中樁有可能被人毀掉，不利于整個工作的順利完成[1]。1.2應用RTK進行道路測量的技術優(yōu)勢RTK較全站儀等常規(guī)測量儀器具有工作效率高；定位精度高；全天候作業(yè)；測量自動化，集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強；操作簡單，易于使用等技術優(yōu)勢。應用RTK進行道路測量，中樁放樣和縱橫斷面測量可以同步進行，便于調(diào)度，大大提高可工作效率；RTK操作較簡單，一個人即可，較全站儀等常規(guī)測量方法，節(jié)約了人員；在水準測量中，可以利用RTK的高程數(shù)據(jù)來代替水準測量數(shù)據(jù),從而完成整個水準測量工作[3]。1.3應用RTK進行城市道路測量的意義：市政工程的建設大多以改造完善居多，具有工程規(guī)模小且分散工期要求緊的特點[4]，并且受城市交通等條件的限制，應用全站儀等常規(guī)測量方式，作業(yè)人員的安全保障，工程的進度都會受到一定程度上的影響。應用RTK進行城市道路測量不僅可以提高作業(yè)效率，縮短工期，而且它具有很高的流動性，便于作業(yè)調(diào)度，可以在很大程度上改善城市道路測量的現(xiàn)狀，彌補應用全站儀，經(jīng)緯儀測量時的不足。2GPS(RTK)組成及其工作原理2.1GPS(RTK)技術概述：RTK（Real

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time

kinematic）又稱實時動態(tài)差分測量系統(tǒng)，主要由接收設備，數(shù)據(jù)傳輸設備和軟件系統(tǒng)三部分組成[5]。它是以載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術相結合的，以載波相位測量為依據(jù)的實時差分GPS(RTK)測量技術，是GPS測量技術發(fā)展里程中的一個標志，它是利用2臺以上GPS接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站，另一臺用來測定未知點的坐標——移動站，基準站根據(jù)該點的準確坐標求出其到衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動站，移動站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其定位結果，從而大大提高定位精度。它能夠實時的地提供測站點指定坐標系的三維定位結果，并達到厘米級精度[4]。RTK技術根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發(fā)送給移動站，改正移動站接收到的載波相位，再解求坐標；差分法是將基準站采集到的載波相位發(fā)送給移動站，進行求差解算坐標。RTK的關鍵技術主要是初始整周期模糊度的快速解算數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)質完成——實現(xiàn)高波特率數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院蛷娍垢蓴_性。[6]2.2RTK工作原理[7]：將一臺接收機置于基準站上，另一臺或者幾臺幾臺接收機置于流動站上，基準站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺傳遞給共視衛(wèi)星的流動站，以精化其GPS觀測值，得到經(jīng)差分改正后流動站較準確的實時位置。RTK工作原理及模式。（如圖2-1)圖2-1RTK正常工作還需要具備以下三個條件[8]：（1）基準站和移動站同時接收到5顆以上GPS衛(wèi)星信號；（2）基準站和移動站同時接收到衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號；（3）基準站和移動站要連續(xù)接收GPS衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號。即移動站遷站過程中不能關機，不能失鎖。否則RTK須重新初始化3項目技術方案3.1測量前準備：首先在內(nèi)業(yè)時先將甲方提供的線路數(shù)據(jù)的起點坐標，交點坐標，終點坐標，曲線要素等資料，根據(jù)實際需要將電腦設計數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵鈽I(yè)測量手簿里，（一般在直線段上每隔20m一個點，曲線段每隔10m一個點，遇到橋梁涵洞等時有的需要加樁）方便外業(yè)調(diào)用，提高外業(yè)數(shù)據(jù)采集的效率。3.2作業(yè)依據(jù)（1）CJJ8—99《城市測量規(guī)范》（2）CJJ73—97《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》（3）GB12898—91《國家三、四等水準測量規(guī)范》（4）CH1002—1995《測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定》（5）CH1003—1995《測繪產(chǎn)品質量評定標準》（6）GB/T18316—2001《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定和質量評定》（7）測區(qū)技術設計方案。3.3測量精度要求及坐標系統(tǒng)根據(jù)工程項目的需要，要求平面點位中誤差≤±3cm,高程中誤差≤±5cm。本項目采用“北京54坐標系統(tǒng)”，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準。3.4儀器配備及人員安排儀器準備：華測RTK基準站1臺，華測RTK移動站3臺，徠卡TS02全站儀一臺，棱鏡兩個，三腳架兩個。人員安排：測量員5人，繪圖員2人，檢查員2人3.5外業(yè)施測：將基站架設在樓頂，用移動站在測區(qū)內(nèi)采集均勻分布的5-6個控制點的84坐標，然后輸入石獅的當?shù)刈鴺?，通過點校正擬合解算出轉換參數(shù)，點校正完成后為了保證精度，通常要采集其他控制點的坐標，然后將采集的坐標與該點的原坐標對比，在精度范圍之內(nèi)，即可進行外業(yè)操作（反正要重新點校正）。內(nèi)業(yè)時已經(jīng)將甲方提供的曲線要素做成道路文件傳輸?shù)绞植纠?，只有RTK手簿上打開道路文件即可進行斷面測量，中樁放樣和斷面測量同時進行。3.6內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：將測量成果從RTK手簿里導出，用Excel軟件打開，另存為“dat”格式，用Cass7.0軟件打開，然后加載橫斷面軟件小程序，生成橫斷面數(shù)據(jù)，根據(jù)橫斷面圖依次查看每條斷面，將有錯誤的斷面數(shù)據(jù)進行修改。橫斷面數(shù)據(jù)處理完成后應用緯地格式轉換軟件，將橫斷面數(shù)據(jù)轉換成設計要求的緯地格式，作為提交數(shù)據(jù)。中樁成果只需要提交高程數(shù)據(jù)。4RTK在城市道路測量中的應用實例現(xiàn)以石獅市四橫兩縱道路工程的南洋路道路改造工程為例，來闡述RTK在城市道路測量中的相關技術。4.1工程概況4.1.1測區(qū)概況：石獅市位于福建省東南沿海，泉州市南部，市域三面臨海，西與晉江市接壤，北距泉州市21千米，南離廈門97千米，地理坐標為北緯24°39′-24°49′，東經(jīng)118°35′-118°48′。面積189.2平方千米。海岸線長67.7千米，島礁54個。中部高，四周低。中間寶蓋山海拔209.6米，雙架山海拔206.9米，西部為低丘，南北東部均為由中部低丘逐漸過渡到臺地、平原。4.1.2工程概況：南洋路位于石獅市郊區(qū)，總長約1.5公里，在工程開始前，園林單位已經(jīng)將樹木砍掉，測區(qū)內(nèi)無高大的樹木遮擋，RTK可以完成測量任務。改項目是進行道路的改造，在原有的道路拓寬并鋪上瀝青路面，由于是市區(qū)內(nèi)的道路，要求測量單位15天將測量數(shù)據(jù)提交給設計院。4.1.3已有資料：原南洋路1:500數(shù)字地形圖，可供生產(chǎn)作業(yè)使用逐樁坐標直曲表數(shù)據(jù)一份，可作為測量原始數(shù)據(jù)測區(qū)技術設計要求作為外業(yè)測量及檢查驗收的標準4.1.4測量要求：（1）地形圖補測1、采用三等導線、四等水準測量，布設的導線點及水準點應保護好，方便施工時交樁，對提供的地形圖進行修測（坐標系統(tǒng)應與提供的坐標系統(tǒng)完全一致）。2、道路現(xiàn)有公交車站，廣告牌、路燈、電力、通訊電桿、交通信號燈、監(jiān)控及標志牌的位置應詳細測繪。3、道路范圍內(nèi)各種檢查井（給水、雨水、污水、消防栓、電力、電信、移動、聯(lián)通、鐵通、廣電）位置及頂面高程進行詳細測繪，以及雨水口的位置；各種檢查井應明確示出是何種檢查井。4、道路邊線范圍內(nèi)的人行道標高和沿街及兩側建筑門店的地坪標高應準確測繪。5、房屋的懸挑陽臺及一層墻體邊線的平面位置應準確測繪。6、街坊進出口的具體位置及高程。7、交叉口范圍板塊每隔10米應測量一個高程點，與支路交叉的路口，應延伸測量不少于50米，與主干路交叉，應延伸測量不少于100米。（2）縱橫斷面測量1、橫斷面間距每隔20米為一組，放中樁時，應在道路上用油漆做好標識，方便查找。2、精度：測量應精確到毫米。3、中樁的測量：有中分帶路段應為現(xiàn)有中分帶路緣石為邊緣路面標高；無中分帶路段，應為道路中心線標高。4、橫斷面測量：應將各突變點詳細表示出來，如：中分帶、人行道、房屋，場地外的地坪走向。測量范圍應不少于中線外30米（房屋除外）。5、提交縱橫斷面測量格式：（1）中樁：樁號高程例：020.5742020.456…………（2）樁號左側偏距高差偏距高差·······右側偏距高差偏距高差·······例：1003.64.778.85.5712.95.570.83.971.23.971.85.473.75.873.76.278.76.276、測量單位除提交測量數(shù)據(jù)文件外，還應提供按照測量數(shù)據(jù)繪出的橫斷面地面線。4.1.5工程具體實施：考慮的工期要求較緊，應用全站儀進行測量，工程進度不好控制，其測量精度要求精確到毫米，RTK 可以滿足測量需要，單位決定采用1+3的形式，即1臺基準站，3臺移動站。1臺移動站進行中樁放樣，2臺移動站測兩側橫斷面的坐標和高程，中樁放樣和縱橫斷面測量同步進行。在RTK無法觀測到的地方再使用全站儀進行補測。4.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集：4.2.1縱橫斷面測量：（1）基準站設置：將基站架設在樓頂，或視野較開闊的地方，并且附近應無高壓線，移動聯(lián)通等無線信號發(fā)射塔等干擾。首先打開【文件】→【新建任務】→輸入項目名（石獅）→【接受】（如圖4-1）圖4-1打開【配置】→【基準站參數(shù)】→設置端口→基準站和移動站的端口要一直保證藍牙可連接→【接受】（如圖4-2）圖4-2基準站設置成功后，返回初始頁面，將移動站和基準站通過藍牙連接，打開【配置】→【手簿端口配置】→【接受】，（如圖所示）連接成功，信號會顯示固定。（2）參數(shù)設定：在測區(qū)內(nèi)采集均勻分布的3—5個控制點，建立一個平差網(wǎng)，控制點采集完成后，打開【測量】→【點校正】→【增加】→網(wǎng)格點和GPS點輸入要保證一一對應→【接受】軟件會自動解算出平差參數(shù)。（如圖4-3）圖4-3參數(shù)設定完成后，即可進行外業(yè)采集工作。（3）外業(yè)數(shù)據(jù)采集：內(nèi)業(yè)時已經(jīng)將甲方提供的曲線要素做成道路文件傳輸?shù)绞植纠铮赗TK手簿上打開道路文件，具體操作是：打開【測量】→【道路放樣】→打開道路文件→橫斷面采集→【√】根據(jù)手簿上顯示的里程和偏距進行橫斷面測量。（如圖4-4）圖4-4中樁放樣只需要打開任務文件的點放樣，根據(jù)內(nèi)業(yè)中傳輸好的坐標數(shù)據(jù)，將坐標在實地放樣，測量下點位的高程，并用油漆做好標記，注明點號，方便交樁和驗收。4.2.2碎步測量：考慮到工期要求以及測區(qū)環(huán)境等因素，如何安排才能節(jié)省時間是關鍵?；鶞收镜募茉O位置要保證覆蓋到整個測區(qū)，進行數(shù)據(jù)采集前要進行一次點校正，并用另外一個已知控制點進行檢驗，保證測量精度。在數(shù)據(jù)采集時，準備要充分，以免工作時出現(xiàn)錯誤，數(shù)據(jù)采集要以小面積為單位，進行實測，以免漏測和測量不完整。在RTK沒有信號市，應標記其位置，方便用全站儀進行補測。外業(yè)操作步驟：首先點擊【測量】→【測量點】→輸入點號、儀器高和編碼→【確定】或【√】（如圖4-5），當前點采集完成后會自動跳到下一點號。依次采集地物點，地物變化時要及時修改編碼，若采集過程中發(fā)現(xiàn)編碼輸錯，可在元素管理器里修改。4.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：將當天的測量成果在RTK手簿上導出（如圖所示），然后RTK測量手簿連接到電腦，打開【文件】→【導出】→【點坐標導出】通過傳輸設備將成果的dat文件復制出來。（如圖4-5）圖4-5將中樁測量成果用EXCEL打開，部分成果如下（如表4-1）：表4-11K0+000514634.3542738576.53213.1392K0+020514616.222738568.07913.1043K0+040514598.0932738559.60813.0074K0+060514579.9842738551.14812.8775K0+080514561.862738542.67112.7786K0+100514543.752738534.212.667K0+120514525.632738525.72612.5158K0+140514507.5092738517.26212.4279K0+160514489.392738508.7912.29610K0+180514471.2742738500.3312.2111K0+200514453.152738491.85612.05112K0+220514435.0432738483.37711.90313K0+240514416.9262738474.91811.77514K0+260514398.8092738466.43211.50615K0+280514326.342738432.54910.11216K0+300514344.4552738441.02810.48817K0+320514308.2242738424.0919.6818K0+340514290.1092738415.6129.36119K0+360514271.9792738407.1389.02920K0+380514253.8482738398.6828.754將橫斷面觀測數(shù)據(jù)打開（部分成果）如下（如表4-2）：表4-2橫斷點名稱X值Y值H值到中樁點距離橫偏縱偏000.000+02739534.119513607.0555.57525.06725.067-0.074000.000+12739535.733513611.7495.47130.02230.022-0.015020.000+22739549.546513589.9195.3213.67813.678-0.028020.000+32739549.579513589.9845.4813.7413.74-0.023020.000+42739548.359513586.3025.4249.8679.867-0.015020.000+52739546.194513579.8065.5153.0173.016-0.02020.000+62739550.784513593.5525.58417.51617.516-0.002020.000+72739551.431513595.3815.54519.45519.4550.04020.000+82739552.728513599.3015.63323.57923.5790.037020.000+92739553.859513602.753.77327.20827.2080.014020.000+102739555.041513606.3053.78130.96230.9620.026040.000+112739573.353513598.0483.81928.89528.895-0.011040.000+122739573.881513599.6074.23830.54730.5470.01040.000+132739572.285513594.8193.80725.50125.5010.005040.000+142739570.734513590.1585.44920.58120.5810.014040.000+152739568.562513583.595.34913.6713.670.011040.000+162739568.601513583.6865.50313.77413.7740.024040.000+172739567.411513580.1295.43710.02110.0210.017橫斷面數(shù)據(jù)只保留XYH值做另存為dat格式，然后將中樁數(shù)據(jù)個斷面數(shù)據(jù)用CASS展到地形圖上，然后加載橫斷面數(shù)據(jù)處理軟件，（如圖4-6）：圖4-6應用該軟件將橫斷面觀測數(shù)據(jù)做成設計要求的（樁號偏距高差偏距高差）格式，（如表4-3）：表4-3begin0000:0begin0020:1-31.42620.898-32.92320.438-26.69420.844-26.51820.548-21.75220.779-26.46520.677-17.71120.7-21.24820.221-11.7720.586-19.620.195-6.4820.491-19.57219.973-1.04520.375-16.15620.027020.375-11.12220.0743.97420.298-6.07820.1019.35320.224020.14914.37420.1664.00720.10819.0720.1079.02820.0324.37920.05813.76719.99129.18919.98719.26719.92529.67520.1123.91319.89130.21120.12130.37519.812處理地形測量數(shù)據(jù)時，先將當天的點文件復制出來，用記事本打開，剔除錯誤數(shù)據(jù)，以保證成圖質量。部分數(shù)據(jù)如圖4-7然后打開南方CASS7.0成圖軟件，應用簡碼識別功能讓軟件根據(jù)DAT文件信息自動連圖，同時將外業(yè)測量點點位、點號和高程展到地形圖上。為了方便圖形編輯，通常我們在編輯的過程中先將原地形圖的高程點所在的圖層先凍結，并將原地形的所有圖層顏色均變成黑色，方便區(qū)分。由于CASS中簡碼庫不完善，部分簡碼并不能自動連接，同時外業(yè)測量時有些地物點用RTK測不到，所以還需要根據(jù)自己的記憶結合全站儀原始數(shù)據(jù)中的編碼信息將初步圖進行修改整理，最終成圖。地形圖完成后打印出來，第二天測圖同時進行查圖，以進一步完善成果圖。經(jīng)比較，RTK與全站儀測得數(shù)據(jù)的坐標中誤差＜±3cm高程中誤差＜±4cm，滿足設計需要，測量成果合格。4.4誤差來源由于RTK作業(yè)方式特殊，有特有的誤差影響，同時RTK作業(yè)實時快速，但缺少必要的檢核條件，所以測量成果也存在著不可靠性[10]。在本次項目作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)影響RTK測量精度的因素很多，主要歸納為以下幾點：（1）轉換參數(shù)的影響。由于WGS284坐標系統(tǒng)，而項目采用坐標系統(tǒng)為1954年北京坐標系，高程基準為1985國家高程基準，所以應用RTK測量時必須先求解轉換參數(shù)，以便將WGS284坐標轉到地方坐標[11]。轉換參數(shù)的求解是RTK測量的基礎，轉換參數(shù)的精確程度是影響RTK測量精度的關鍵因素。因此選擇的已知控制點最好均勻分布并覆蓋全測區(qū)。在求解轉換參數(shù)時，應采取不同基準點的匹配方案，也可用不同的計算方法求得轉換參數(shù)，選擇殘差較小、精度較高的一組使用。（2）測量作業(yè)的控制區(qū)域[12]。測量作業(yè)范圍受轉換控制點的約束，一般應在轉換控制點的控制圓區(qū)域內(nèi)作業(yè)，否則測量精度就大受影響。（3）衛(wèi)星信號的影響。GPS是通過衛(wèi)星來定位的，衛(wèi)星信號的接收是GPS定位的基礎。GPS測量要求基準站和流動站的天線能同時接收到相同的5顆或5顆以上的衛(wèi)星信號，才能保證正確解算。由于衛(wèi)星分布隨時間變化而變化，不同時段衛(wèi)星數(shù)量和位置都不同。在衛(wèi)星數(shù)量較多和位置圖形較佳時，天線接收信號較好，初始化時間就短，精度較高；反之，即使天空中有5顆以上的衛(wèi)星，但由于基準站和流動站沒能同時接收到足夠的衛(wèi)星信號，使初始化時間很長，測量精度很差，甚至不能解算出固定解[13]。同時，由于基準站或流動站選擇位置不當，會使部分衛(wèi)星信號被高樓等建筑物阻擋，出現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)量不足；或衛(wèi)星信號被周圍物體反射再接收而產(chǎn)生“多路徑效應”，使測量出現(xiàn)錯誤。（4）RTK基準站數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)挠绊慬14]。因RTK測量時要求基準站GPS接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)和基準站已知數(shù)據(jù)通過無線電發(fā)射，傳輸給流動站GPS接收機，所以無線電信號的傳輸在RTK測量中至關重要。但無線電的數(shù)據(jù)鏈信號在傳輸時容易被高樓、山峰等阻擋，也可能被其他電磁波干擾或出現(xiàn)信號異常，RTK流動站的電臺接收RTK測量的可靠性影響很大。（5）儀器本身和測量時的外界條件，也對測量精度有一定的影響。所有在測量時要主要選擇時間，避免在中午時間作業(yè)。5結論與展望5.1結論：RTK是GPS發(fā)展的最新成果，它彌補了GPS原有的不足，不僅具有GPS全天候、高精度、無須光學通視的特點，而且還可以為測量提供實時的定位結果，并且數(shù)據(jù)無需后處理，可以說RTK的產(chǎn)生是GPS應用的拓展，是測量方法的又一次突破，是測量史上的又一次變革[15]。本文通過RTK的應用得出以下結論：（1）RTK測量技術應用于城市道路測量的測量精度完全滿足城市測量規(guī)范的要求。（2）RTK的測量成果誤差分布均勻，不存在誤差積累，服了傳統(tǒng)測量技術弊端。（3）應用RTK進行作業(yè)操作簡單，節(jié)省人員，只要不斷的積累經(jīng)驗，不斷的研究，提高RTK測量技術的可靠性，RTK技術在城市測量中的應用一定能得到廣泛推廣。5.2展望：RTK比較全站儀，經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)測量儀器有著無法比擬的優(yōu)勢，拋開RTK測量的干擾因素，RTK測量的速度將比全站儀的方法要快許多。實踐證明，對于城市測量，GPS方法比常規(guī)方法更