RTK技术在电力管线三维测量中的应用

黄莺

摘 要：该文重点介绍GPS RTK技术的原理、网络RTK的原理及优势，同时对网络RTK技术在电力管线三维测量中的应用，作了简要地阐述。

关键词：GPS RTK 网络RTK VRS

中图分类号：TD611.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0087-02

当今科技发展非常迅速，GPS技术也随之发展，全天候、高精度、自动化、高效益等都是GPS技术的显著特色，也被测绘工作者广泛的应用，逐渐影响着我们的生活工作。GPS静态相对测量已广泛应用于控制测量。但GPS静态测量固有的缺点是外业测量在测站上需要较长的测量时间，测量成果、测量精度无法及时获取，难免要造成外业返工现象。GPS实时动态测量RTK模式，则能够克服以上缺点，以实时、高精度特点为控制测量带来业务模式突破，在工程放样、碎部采集、水域测量、地籍测量、房产测绘等广泛领域带来深刻影响，极大促进电力管线测量工作发展。

1 RTK技术

RTK技术是一种GPS经常使用到的测量方法，比如静态和动态的测量只能在利用事后进行解算才能得到厘米级的精度，然而RTK技术是一种能够实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用的是载波相位动态实差分（Real time kinematic）方法，是具有里程碑意义的应有，为地形测图、工程放样，在很大程度上提高了外业作业效率，还给各种控制测量带来了新的发展曙光。

GPS测量，特别是高精度的通常采用载波相位观测值，而RTK定位技术是基于载波相位观测值基础上的实时动态定位技术，能够实时地提供测点在指定坐标系中的三维地位结果，而且精度很高。RTK作业模式下，流动站是基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息传送给的。而且它不仅接收来自基准站的数据，还要适时采集GPS观测数据，并要实时处理系统内组成差分观测值，给出精准度在厘米级定位结果。流动站的状态，可静止也可运动；可以先在固定点上先进行初始化然后再进入到动态作业，也可以在动态条件下直接开机，动态环境下完成求解运算。在整周模糊度解固定后，即可对每个历元进行实时的数据处理，只要能够同时保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪以及必要的几何图形，流动站可实时得到精准定位。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据及已经数据传输给流动站接收机。

2 网络RTK

GPS网络RTK定位是近几年发展起来的一种高精度的GPS定位技术，它利用多个基准站构成一个基准站网，然后借助广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法来消除或削弱各种GPS测量误差对流动站的影响，从而达到提高定位结果精度的目的。与常规RTK相比，该方法具有覆盖面广，定位精度高，可靠性强，可实时提供厘米级定位等优点，其中FKP（Flchenkorrekturparameter）的区域改正参数法技术和VRS（Virtual Reference Station）的虚拟参考站技术是比较有代表性的两种技术。

2.1 VRS技术工作原理

VRS是由Trimble公司提出的，一种基于多参考站网络环境下的GPS实时动态定位技术，通常归为网络RTK技术的一种。利用地面布设的多个参考站组成GPS连续运行参考站网络（CORS）就是虚拟参考站技术，利用各个参考站的观测信息，然后建立精确的误差模型（如电离层、对流层、卫星轨道等误差模型），并在移动站的附近产生一个虚拟参考站（VRS），物理上并不存在的，由于VRS位置通过流动站接收机的单点定位解来确定，故VRS与移动站构成的基线通常只有很小的范围，移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现实时数据分析。

VRS技术是集因特网技术、计算机网络管理技术、无线通讯技术和GPS定位技术于一体的定位系统，它的工作是有数据控制中心，移动站点等相互配合的工作原理。具体的工作流程是：

（1）VRS技术的各个参考站通过网络连续不断地向数据控制中心传输观测数据；

（2）基准站收集数据以后，通过传送过来，由控制中心进行周模的模糊值计算。

（3）控制中心需要在移动站的附近创建一个能够发送给移动站用户的虚拟参考站（VRS），而这个虚拟参考站的数据来源需要通过流通站通过无线移动的数据连接传送到控制中心。然后这些数据才虚拟的参考站通过VRS上计算得出的各误差源影响的改正值，最后根据这些数据从而得到RTCM格式的用户读取文件。

（4）控制中心通过之前的计算得到的数据，向流动站进行发送。流动站得到这些虚拟参考站的差分信息以后，流动站与VRS技术的相互配合，通过对数据的分析，得出的定位结果非常准确。

2.2 FKP技术工作原理

FKP技术是一项由Leica公司提出的基于全网整体解算模型的主副站技术。要求所有参考站将每一个观测瞬间所采集的未经差分处理的同步观测值，然后实时地传输给中心控制站，进而通过中心控制站对数据的实时处理，产生一个称为区域改正参数（FKP）然后发送给移动的用户。为了降低参考站网网络中的数据播发量，可以使用主辅站技术来播发区域改正参数，这样就达到了要求。主辅站概念为每一个单一参考站发送相对于主参考站的全部改正数及坐标信息。对于网络中的所有其他参考站，也就是辅参考站，播发的是差分改正数及坐标差。主辅站概念是完全支持单向数据通讯的，流动站的用户接收到改正数据后，可以对网络改正数进行简单的以及有效的处理，也就是内插，也可进行严格的计算，获得网络固定解。

FKP技术是集因特网、无线通讯技术、GPS定位技术和网络技术于一体的定位系统，包含若干个连续运行的参考站、、移动站、数据控制中心，其工作原理和具体的流程如下：

（1）各个参考站通过因特网向数据控制中心发送观测数据，而且是连续不断地；endprint

（2）控制中心实时的处理包括整周未知数的所有解算，以致归算各站至公共整周未知数水平；

（3）控制中心接收到来自移动站的NMEA CGA点位信息。需要注意主站被尽可能地选在最靠近移动站点位，这样有利于数据的准确。

（4）控制中心计算为这个流动站计算网络改正数，并将它应用于来自主站的观测值；

（5）移动站点位主要是用来自参考站网的信息计算高精度。

3 RTK的优势（以主流技术VRS为例）

3.1 VRS覆盖范围

VRS网络可以有多个站，但最少需要3个。简单的计算一下：按边长70 km计算，一个三角形可覆盖面积为2100多km2。例如，北京市区面积900多km2，整个北京市区只需一个三角形（3个站）就可以全覆盖。北京全市面积1.68万 km，10个站就可以完全控制北京全市。VRS与传统的GPS网络相比，可节约成本近70%。VRS系统可提供厘米级和亚米级这两种不同精度的差分信号。我们所论述的是1～2 cm的高精度，而若是用低精度，建站距离可以拓展到几百公里。

3.2 VRS的主要优势

（1）大幅度降低费用。70 km的边长使建GPS网络费用大大降低，用户不需自行建参考站。相对传统RTK，提高了精度。在VRS网络控制范围内，精度始终在±1～2 cm。（2）提高可靠性。采用了多个参考站的联合数据，极大提高可靠性。（3）提高精度的均衡性，整网统一精度，精度始终在±1～2 cm，不受基准站与流动站之间距离影响。（4）适应更广的应用范围。城市规划，市政建设，交通管理，环保以及所有在室外进行的勘测工作。

4 网络RTK在电力管线三维测量中的应用

在上海电力管线测量中，网络RTK主要在电力管线的控制测量，电力管线的带状地形测量和电力管线的放样测量。

控制测量，通过控制测量的字面意义也能大概理解这是一种什么样的测量方法。之前的测量方法，比如导线网、工程测量、大地测量等方法都要求点间要相互联通，而且这种测量的精度也不是很准确。而且如果在之前的户外测量中精度不够准确，常规的测量方法不能精准的定位。在测量完成以后，在之后的数据处理中，发现数据不准确，也不能对之前的测量有更正。如果是使用RTK技术进行测量，仅仅需要一个人，不需要架设基准站，也不需要进行点拟和，不需要担心定位精度，只需要知道自己的要求的精度，当达到自己要求的精度，就可以完成测量，一般一个点仅仅需要几十秒的时间，这不仅可以大大减少工作强度、节省费用，而且大幅提高工作效率，从2007年以来我们运用了网络RTK的工作业绩就是有力的证明。

带状地形测量，进行管线测量的时候常常会涉及到带状地形的测量，带状地带的测量难点是，要求在测量站的几个点上，都要有相应的测量仪器，而且需要几个点有一个相互的呼应和配合，这样，测量的难度就会提高而且还需要几个人同时的进行设备的操作。而有事对于那种地形碎部点更多的区域，难测量的难度就会更高。现在用到的RTK技术，就能很好的解决这些问题。首先，他不需要那么多人的参与，只需要一个人拿着仪器在需要测量的地点上停留几秒钟，然后编制特征编码，对点位可以实时的进行定位，测量完成后，只需将仪器带回到室内进行相应的下一步操作，与仪器配备的软件分析，即可得到测量地点的图像。利用网络RTK技术仅需要一个人操作，不要求电间通视，大大提高工作效率。

电力管线的放样测量，这种测量方法，是测量的一个防止，放洋测量的具体应有就是通过把人与仪器很好的连接起来，并且设计好之前的定位点从而时间测量定位。过去一般也是要做导线控制，然后结合全站仪进行放样，现在仅需要把待放的点输入GPS控制器，然后一个背着仪器逐个点的放出来。不仅仅效率高，而且比较直观，操作简单。

5 结语

随着测绘技术的不断发展，GPS测量高程的技术近年来有了很大的发展，有的城市已经建成了5 km内的GPS高程模型，甚至有的已经建成1 km内的高程模型，上海也在积极做这方面的工作，等到GPS高程模型建成后，就可以真正实现网络RTK的三维测量了。endprint