网络RTK技术在山区工程测量中的应用

2012-02-08张添兵

城市勘测 2012年3期

张添兵

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

1 前言

GPS实时动态定位(RTK)技术应用于测量领域已经是一项很成熟的技术，使用RTK技术可以方便、快捷、高效地实现高精度的测量作业。RTK技术按实现手段可分为两种:一种以通过无线电技术接受单基站广播改正数的常规RTK技术;另一种是基于Internet数据通讯链获取虚拟参考站(VRS)播发改正数的网络RTK技术。

常规RTK仅局限在较短距离范围内，随着流动站与参考站间距离的增长，各类系统误差残差迅速增大，导致无法正确确定整周模糊度参数和取得固定解。常规RTK解算精度通常仅为分米级，且随着基线的增长而降低。

为了解决常规RTK技术存在的缺陷，实现区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK技术应运而生。网络RTK技术的出现，突破了常规RTK作业系统分散、相互独立、作业距离短、基站更换频繁、可靠性和精度随距离增长而降低等缺陷，不仅满足了常规测量的需求，而且还可以为城市规划、天气预报、城市交通、公共安全等领域服务。目前，广州市已经建立了广州市连续运行卫星综合服务系统(GZCORS)，共有8个连续运行基准站，如图1所示。

本文结合山区的一宗高压线竣工验收测量工程实例，加深对网络RTK技术的认识，并通过对测量前的精度控制及测量后的统计分析，证明网络RTK技术在山区工程测量中具有较强的可行性和可靠性。

2 VRS的系统构成及工作原理

2.1 VRS的系统构成

图1 GZCORS基站分布图

VRS系统集GPS、Internet、无线通信和计算机网络管理技术于一身。VRS的系统构成由GPS固定基准站系统、数据传输系统、GPS网络控制中心系统、数据发播系统和用户系统五部分组成。

2.2 VRS的工作原理

一个VRS网络由3个以上的固定基准站组成，站与站之间的距离可达 70 km，固定基准站负责实时采集GPS卫星观测数据并传送给GPS网络控制中心，由于这些固定基准站长时间的观测数据，故点位精度很高。固定基准站与控制中心之间可通过光纤、ISDN或普通电话线相接，将数据实时地传送到控制中心。其工作原理和流程如图2所示。

图2 VRS网络流程图

(1)各个参考站通过Internet连续不断地向数据控制中心传输观测数据;

(2)控制中心实时在线解算各基准站网内的载波相位整周模糊度值和建立误差模型;

(3)流动站将单点定位/或DGPS确定的位置坐标(NMEA格式)，通过无线移动数据链路(如 GSM/GPRS、CDMA)传送给数据控制中心，控制中心在移动站附近位置创建一个虚拟参考站(VRS)，通过内插得到VRS上各误差源影响的改正值，并按RTCM格式通过NTRIP协议发给流动站用户;

(4)流动站与VRS构成短基线。流动站接收控制中心发送的虚拟参考站差分改正信息或者虚拟观测值，进行差分解算得到用户的精确位置，得到厘米级的定位成果。

3 网络RTK技术在山区架空高压线竣工测量工程中的应用

3.1 测区情况

广州市花都区220 kV架空高压线竣工测量工程，位于广州市花都区与清远市交界处，西起花都变电站，沿东西方向并排走向途经狮岭镇、芙蓉镇、花山镇，东至京珠高速公路北延线山前大道出口，横跨京珠高速北延线、山前大道、106国道。此高压线路是广州市“北优”的电力能源供给线，总里程 118.17 km，共设有325个高压铁塔(图3为线路图)。

图3 花都区220 kV架空高压线工程线路图

3.2 网络RTK控制测量

(1)控制测量方法选择

由于本工程高压走廊线路西段多修建于高山之上，大部分高压走廊线路位于北部山区，小部分经过城镇路段，经调查核实本山区段几乎没有可利用的测量控制点，城镇路段的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线点也大部分被破坏。如何快速精确地提供控制点，将直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量要求点间通视，费工费时;GPS静态测量点间不需通视，其测量精度高，但需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果且投入人力物力较大;GPS实时差分定位RTK技术能实时解算进行数据处理得到高精度点位位置信息，但这种常规RTK作业由于系统分散、相互独立、作业距离短、基站更换频繁，可靠性和精度随距离增长而降低;网络RTK技术采用误差逐项改正、集中计算，通过用户数据中心集中发布的方法，突破常规RTK的缺陷，可向大量用户同时提供高精度、高可靠性、实时的定位信息。因此本山区架空高压线竣工验收测量控制点以直接布设网络RTK点为主，在部分RTK信号或观测条件欠佳地方以全站仪布设图根导线点为辅，两种方法相结合以提高工作效率。

(2)控制测量精度技术指标

充分利用广州市连续运行卫星综合服务系统(GZCORS)8个连续运行基准站，沿高压线路全线布设统一控制网，从网络RTK外业操作、质量控制、内业资料整理，按表1、表2、表3、表4技术指标实施网络RTK技术测量精度控制。本工程使用的GPS仪器设备:THALES Navigation生产的Z－MAX GPS－RTK设备3台套，标称精度 X、Y:±10 mm+0.5 ppm，Z:±20 mm+1 ppm，测程 10 km以上。

网络RTK控制测量，布设3点为1组，围绕高压铁塔测设，至少两个通视方向。通过重复检测控制点量50%，通视边长相对精度、夹角较差值等进行质量控制。利用测量区域现有等级控制点进行内插检核网络RTK成果质量。

网络RTK测量环境要求表1

网络RTK点高差校核技术指标表2

网络RTK测量基本技术指标表3

网络RTK控制点平面校核技术指标表4

(3)网络RTK作业方法

①仪器摆设:流动站摆设三脚架，安装基座，仪器对中整平，GPS流动站接收机开机后，用仪器专用量高仪多方向量取仪器高度，互差≤±2 mm时可输入其平均值。

②打开手簿，用GPS网络连接GZCORS中心，然后打开测地通软件，利用蓝牙使手簿与流动站接收机接通，启动手簿VRS直至得到固定解。

③得到固定解后，观测所需控制点30个历元为第1次成果，每个控制点的数据采集不少于3次固定解，每次观测前均需对手簿进行复位。

④使用测地通软件导出观测控制点的WGS－84坐标，通过GPRS网络进行实时在线坐标转换，并将转换后各控制点的几次坐标成果取平均值，最终得出控制点广州三维坐标。

3.3 网络RTK控制点精度统计分析

全线共布设网络RTK点338个，形成统一成果报告。RTK点控制测量二次初始化点位平面中误差±1.0 cm，高程中误差±1.1 cm;检测点位平面中误差±9.0 cm，高程中误差±1.4 cm。高差检测控制边长149条，高差、边长相对中误差精度高;角度检测126个，角度较差小于60″，符合限差要求。采用三角高程检测高差，全站仪检测角度边长，精度符合规程的要求，如表5、表6所示。

网络RTK控制点通视边边长度统计表表5

网络RTK控制点间边长、高差、角度检测结果精度统计表6

通过对网络RTK控制点精度的统计，我们不难看出此次网络RTK控制点完全符合规程要求，达到精度要求，在此次山区架空高压线竣工验收测量中具有举足轻重的地位。网络RTK技术解决了常规RTK作业系统分散，相互独立，作业距离短，基站更换频繁，可靠性和可行性随距离降低等问题。网络RTK技术具有精确性好，覆盖范围广，实时快速，在山区工程测量中有极大的优势。