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(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

1 前言

GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)技術(shù)應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)，使用RTK技術(shù)可以方便、快捷、高效地實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量作業(yè)。RTK技術(shù)按實(shí)現(xiàn)手段可分為兩種:一種以通過無(wú)線電技術(shù)接受單基站廣播改正數(shù)的常規(guī)RTK技術(shù);另一種是基于Internet數(shù)據(jù)通訊鏈獲取虛擬參考站(VRS)播發(fā)改正數(shù)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。

常規(guī)RTK僅局限在較短距離范圍內(nèi)，隨著流動(dòng)站與參考站間距離的增長(zhǎng)，各類系統(tǒng)誤差殘差迅速增大，導(dǎo)致無(wú)法正確確定整周模糊度參數(shù)和取得固定解。常規(guī)RTK解算精度通常僅為分米級(jí)，且隨著基線的增長(zhǎng)而降低。

為了解決常規(guī)RTK技術(shù)存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)厘米級(jí)、精度均勻的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，突破了常規(guī)RTK作業(yè)系統(tǒng)分散、相互獨(dú)立、作業(yè)距離短、基站更換頻繁、可靠性和精度隨距離增長(zhǎng)而降低等缺陷，不僅滿足了常規(guī)測(cè)量的需求，而且還可以為城市規(guī)劃、天氣預(yù)報(bào)、城市交通、公共安全等領(lǐng)域服務(wù)。目前，廣州市已經(jīng)建立了廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星綜合服務(wù)系統(tǒng)(GZCORS)，共有8個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，如圖1所示。

本文結(jié)合山區(qū)的一宗高壓線竣工驗(yàn)收測(cè)量工程實(shí)例，加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的認(rèn)識(shí)，并通過對(duì)測(cè)量前的精度控制及測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)分析，證明網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在山區(qū)工程測(cè)量中具有較強(qiáng)的可行性和可靠性。

2 VRS的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

2.1 VRS的系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 GZCORS基站分布圖

VRS系統(tǒng)集GPS、Internet、無(wú)線通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)于一身。VRS的系統(tǒng)構(gòu)成由GPS固定基準(zhǔn)站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、GPS網(wǎng)絡(luò)控制中心系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)播系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)五部分組成。

2.2 VRS的工作原理

一個(gè)VRS網(wǎng)絡(luò)由3個(gè)以上的固定基準(zhǔn)站組成，站與站之間的距離可達(dá) 70 km，固定基準(zhǔn)站負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并傳送給GPS網(wǎng)絡(luò)控制中心，由于這些固定基準(zhǔn)站長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，故點(diǎn)位精度很高。固定基準(zhǔn)站與控制中心之間可通過光纖、ISDN或普通電話線相接，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到控制中心。其工作原理和流程如圖2所示。

圖2 VRS網(wǎng)絡(luò)流程圖

(1)各個(gè)參考站通過Internet連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心傳輸觀測(cè)數(shù)據(jù);

(2)控制中心實(shí)時(shí)在線解算各基準(zhǔn)站網(wǎng)內(nèi)的載波相位整周模糊度值和建立誤差模型;

(3)流動(dòng)站將單點(diǎn)定位/或DGPS確定的位置坐標(biāo)(NMEA格式)，通過無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路(如 GSM/GPRS、CDMA)傳送給數(shù)據(jù)控制中心，控制中心在移動(dòng)站附近位置創(chuàng)建一個(gè)虛擬參考站(VRS)，通過內(nèi)插得到VRS上各誤差源影響的改正值，并按RTCM格式通過NTRIP協(xié)議發(fā)給流動(dòng)站用戶;

(4)流動(dòng)站與VRS構(gòu)成短基線。流動(dòng)站接收控制中心發(fā)送的虛擬參考站差分改正信息或者虛擬觀測(cè)值，進(jìn)行差分解算得到用戶的精確位置，得到厘米級(jí)的定位成果。

3 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在山區(qū)架空高壓線竣工測(cè)量工程中的應(yīng)用

3.1 測(cè)區(qū)情況

廣州市花都區(qū)220 kV架空高壓線竣工測(cè)量工程，位于廣州市花都區(qū)與清遠(yuǎn)市交界處，西起花都變電站，沿東西方向并排走向途經(jīng)獅嶺鎮(zhèn)、芙蓉鎮(zhèn)、花山鎮(zhèn)，東至京珠高速公路北延線山前大道出口，橫跨京珠高速北延線、山前大道、106國(guó)道。此高壓線路是廣州市“北優(yōu)”的電力能源供給線，總里程 118.17 km，共設(shè)有325個(gè)高壓鐵塔(圖3為線路圖)。

圖3 花都區(qū)220 kV架空高壓線工程線路圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)RTK控制測(cè)量

(1)控制測(cè)量方法選擇

由于本工程高壓走廊線路西段多修建于高山之上，大部分高壓走廊線路位于北部山區(qū)，小部分經(jīng)過城鎮(zhèn)路段，經(jīng)調(diào)查核實(shí)本山區(qū)段幾乎沒有可利用的測(cè)量控制點(diǎn)，城鎮(zhèn)路段的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)也大部分被破壞。如何快速精確地提供控制點(diǎn)，將直接影響工作的效率。常規(guī)控制測(cè)量如導(dǎo)線測(cè)量要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí);GPS靜態(tài)測(cè)量點(diǎn)間不需通視，其測(cè)量精度高，但需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果且投入人力物力較大;GPS實(shí)時(shí)差分定位RTK技術(shù)能實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到高精度點(diǎn)位位置信息，但這種常規(guī)RTK作業(yè)由于系統(tǒng)分散、相互獨(dú)立、作業(yè)距離短、基站更換頻繁，可靠性和精度隨距離增長(zhǎng)而降低;網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)采用誤差逐項(xiàng)改正、集中計(jì)算，通過用戶數(shù)據(jù)中心集中發(fā)布的方法，突破常規(guī)RTK的缺陷，可向大量用戶同時(shí)提供高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)的定位信息。因此本山區(qū)架空高壓線竣工驗(yàn)收測(cè)量控制點(diǎn)以直接布設(shè)網(wǎng)絡(luò)RTK點(diǎn)為主，在部分RTK信號(hào)或觀測(cè)條件欠佳地方以全站儀布設(shè)圖根導(dǎo)線點(diǎn)為輔，兩種方法相結(jié)合以提高工作效率。

(2)控制測(cè)量精度技術(shù)指標(biāo)

充分利用廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星綜合服務(wù)系統(tǒng)(GZCORS)8個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，沿高壓線路全線布設(shè)統(tǒng)一控制網(wǎng)，從網(wǎng)絡(luò)RTK外業(yè)操作、質(zhì)量控制、內(nèi)業(yè)資料整理，按表1、表2、表3、表4技術(shù)指標(biāo)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測(cè)量精度控制。本工程使用的GPS儀器設(shè)備:THALES Navigation生產(chǎn)的Z－MAX GPS－RTK設(shè)備3臺(tái)套，標(biāo)稱精度 X、Y:±10 mm+0.5 ppm，Z:±20 mm+1 ppm，測(cè)程 10 km以上。

網(wǎng)絡(luò)RTK控制測(cè)量，布設(shè)3點(diǎn)為1組，圍繞高壓鐵塔測(cè)設(shè)，至少兩個(gè)通視方向。通過重復(fù)檢測(cè)控制點(diǎn)量50%，通視邊長(zhǎng)相對(duì)精度、夾角較差值等進(jìn)行質(zhì)量控制。利用測(cè)量區(qū)域現(xiàn)有等級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插檢核網(wǎng)絡(luò)RTK成果質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量環(huán)境要求 表1

網(wǎng)絡(luò)RTK點(diǎn)高差校核技術(shù)指標(biāo) 表2

網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量基本技術(shù)指標(biāo) 表3

網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)平面校核技術(shù)指標(biāo) 表4

(3)網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)方法

①儀器擺設(shè):流動(dòng)站擺設(shè)三腳架，安裝基座，儀器對(duì)中整平，GPS流動(dòng)站接收機(jī)開機(jī)后，用儀器專用量高儀多方向量取儀器高度，互差≤±2 mm時(shí)可輸入其平均值。

②打開手簿，用GPS網(wǎng)絡(luò)連接GZCORS中心，然后打開測(cè)地通軟件，利用藍(lán)牙使手簿與流動(dòng)站接收機(jī)接通，啟動(dòng)手簿VRS直至得到固定解。

③得到固定解后，觀測(cè)所需控制點(diǎn)30個(gè)歷元為第1次成果，每個(gè)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集不少于3次固定解，每次觀測(cè)前均需對(duì)手簿進(jìn)行復(fù)位。

④使用測(cè)地通軟件導(dǎo)出觀測(cè)控制點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后各控制點(diǎn)的幾次坐標(biāo)成果取平均值，最終得出控制點(diǎn)廣州三維坐標(biāo)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)分析

全線共布設(shè)網(wǎng)絡(luò)RTK點(diǎn)338個(gè)，形成統(tǒng)一成果報(bào)告。RTK點(diǎn)控制測(cè)量二次初始化點(diǎn)位平面中誤差±1.0 cm，高程中誤差±1.1 cm;檢測(cè)點(diǎn)位平面中誤差±9.0 cm，高程中誤差±1.4 cm。高差檢測(cè)控制邊長(zhǎng)149條，高差、邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差精度高;角度檢測(cè)126個(gè)，角度較差小于60″，符合限差要求。采用三角高程檢測(cè)高差，全站儀檢測(cè)角度邊長(zhǎng)，精度符合規(guī)程的要求，如表5、表6所示。

網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)通視邊邊長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表 表5

網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)間邊長(zhǎng)、高差、角度檢測(cè)結(jié)果精度統(tǒng)計(jì) 表6

通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)精度的統(tǒng)計(jì)，我們不難看出此次網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)完全符合規(guī)程要求，達(dá)到精度要求，在此次山區(qū)架空高壓線竣工驗(yàn)收測(cè)量中具有舉足輕重的地位。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)解決了常規(guī)RTK作業(yè)系統(tǒng)分散，相互獨(dú)立，作業(yè)距離短，基站更換頻繁，可靠性和可行性隨距離降低等問題。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)具有精確性好，覆蓋范圍廣，實(shí)時(shí)快速，在山區(qū)工程測(cè)量中有極大的優(yōu)勢(shì)。

4 總結(jié)

(1)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使一個(gè)地區(qū)的所有測(cè)繪工作成為一個(gè)有機(jī)的整體，結(jié)束了以前GPS作業(yè)單打獨(dú)斗的局面。實(shí)踐證明:網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)靈活機(jī)動(dòng)測(cè)量特性在山區(qū)、熱帶叢林穿越的高壓線路驗(yàn)收測(cè)量中得天獨(dú)厚，可顯著提高工作效率，同時(shí)具有精確性好，覆蓋范圍廣，實(shí)時(shí)快速，在山區(qū)工程測(cè)量中有極大的優(yōu)勢(shì)。

(2)該工程高壓線路西段多建于高山之上，大部分高壓線路位于廣州北部山區(qū)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較弱，根據(jù)廣州特殊地理位置，盡量避開下午2時(shí)～5時(shí)時(shí)段(該時(shí)段電離層活躍，基準(zhǔn)站同步固定衛(wèi)星數(shù)少)。

(3)為了檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)RTK控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性，各個(gè)高壓鐵塔間所布設(shè)RTK點(diǎn)盡量通視，條件允許的情況下聯(lián)測(cè)各組RTK點(diǎn)可相互聯(lián)測(cè)。

(4)網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)在山區(qū)工程測(cè)量中要嚴(yán)格按照測(cè)量流程，合理布點(diǎn)，同時(shí)要不斷進(jìn)行質(zhì)量檢核(特別是高程)，條件允許的情況下最好聯(lián)測(cè)附近的等級(jí)控制點(diǎn)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

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