翟信德（長(zhǎng)江南京航道局，江蘇南京 210011）

RTK技術(shù)在長(zhǎng)江航道工程測(cè)量中應(yīng)用探討

翟信德
（長(zhǎng)江南京航道局，江蘇南京 210011）

本文介紹了常規(guī)RTK測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量的基本原理。在比較了兩種測(cè)量方式的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為提高工程效率和確保工程質(zhì)量，結(jié)合長(zhǎng)江航道工程測(cè)量工作特征和測(cè)量工作中RTK信號(hào)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，探討了在長(zhǎng)江下游航道工程測(cè)量中如何合理應(yīng)用RTK技術(shù)。在長(zhǎng)江和暢洲河段航道工程測(cè)量中，因合理選擇RTK技術(shù)大大提高了工作效率，取得良好的成效。

GPS RTK C0RS 航道測(cè)量

1　引言

RTK這種新型GPS測(cè)量方法已在工程放樣、地形測(cè)圖和各種控制測(cè)量得到廣泛應(yīng)用，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的發(fā)展RTK使用方法也發(fā)了根本性的變化。長(zhǎng)江下游航道范圍內(nèi)GPS各等級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)均勻，控制點(diǎn)眾多，這些條件為使用RTK測(cè)量提供了便利，同時(shí)該段航道擁有技術(shù)比較成熟的江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)JSCORS）。針對(duì)長(zhǎng)江下游航道、地理分布等特性如何合理使用RTK技術(shù)為工程建設(shè)服務(wù)，對(duì)于提高航道工程測(cè)量的精度和效率起到至關(guān)重要的作用。

2　RTK技術(shù)的原理

2.1RTK定位原理

RTK測(cè)量是根據(jù)GPS的相對(duì)定位理論，將一臺(tái)接收機(jī)設(shè)置在已知點(diǎn)上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)放在待測(cè)點(diǎn)上，同步采集相同衛(wèi)星的信號(hào)。

RTK測(cè)量系統(tǒng)通常由GPS信號(hào)接收部分（基準(zhǔn)站）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸部分和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理（流動(dòng)站）三部分組成?；鶞?zhǔn)站在接收GPS信號(hào)并進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀(guān)測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測(cè)站坐標(biāo)信息傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)，然后利用GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件與本機(jī)采集的GPS觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)組成差分觀(guān)測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)計(jì)算待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程值并統(tǒng)計(jì)其精度［1］。

2.2RTK技術(shù)分類(lèi)

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸部分采用通信鏈路的不同將RTK測(cè)量技術(shù)分為常規(guī)RTK測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量［2］。

2.2.1常規(guī)RTK測(cè)量

常規(guī)RTK測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用電臺(tái)播發(fā)差分信號(hào)，系統(tǒng)組成如圖1所示。常規(guī)RTK數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)信號(hào)在傳輸過(guò)程中易受外界環(huán)境影響。另外，當(dāng)常規(guī)RTK作業(yè)半徑超過(guò)一定距離時(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差超限，所以常規(guī)RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱(chēng)半徑要?。?］。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量

為了解決常規(guī)RTK所存在的缺陷，達(dá)到區(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，同事隨著計(jì)算機(jī)、通信等行業(yè)的發(fā)展，在常規(guī)RT K的基礎(chǔ)上研發(fā)了網(wǎng)絡(luò)RT K技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)RT K技術(shù)就是利用地面布設(shè)的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)站組成GPS連續(xù)運(yùn)行參考站（C0RS），綜合利用各個(gè)基站的觀(guān)測(cè)信息，通過(guò)建立精確的誤差修正模型，通過(guò)實(shí)時(shí)發(fā)送RTCM差分改正數(shù)在修正用戶(hù)的觀(guān)測(cè)值精度，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)［4］。網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量系統(tǒng)組成如圖2所示。

表1　常規(guī)RTK模式和網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)缺點(diǎn)比較

表2　網(wǎng)絡(luò)RTK航道測(cè)量定位結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表3　常規(guī)RTK定位模式統(tǒng)計(jì)表

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)集Internet技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、計(jì) 算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體，其理論研究及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)均是GPS技術(shù)科研和應(yīng)用領(lǐng)域最熱門(mén)的前沿［5］。

2.3兩種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)［6］

常規(guī)RTK模式和網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

兩種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)也會(huì)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)生變化。如：電臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)將會(huì)有更高提升，設(shè)備的體積變得更小。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可靠性不斷提升，網(wǎng)絡(luò)帶寬越來(lái)越大，這些都促進(jìn)著RTK技術(shù)的不斷發(fā)展［7］。

3　長(zhǎng)江航道工程測(cè)量RTK技術(shù)選擇

長(zhǎng)江江蘇段江面總體比較寬闊，最窄處約1.5公里，最寬處約12公里，且江面離城市中心遠(yuǎn)近不同，部分區(qū)域江面通信信號(hào)較差，這些因素都會(huì)影響JSCORS系統(tǒng)的使用效率和精度。為此在開(kāi)始航道工程測(cè)量前期有必要對(duì)測(cè)區(qū)信號(hào)覆蓋情況進(jìn)行測(cè)試。

長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道建設(shè)工程建設(shè)前在長(zhǎng)江干線(xiàn)通州沙和白茆沙河段進(jìn)行了JSCORS信號(hào)測(cè)試，通訊方式分別采用電信的CDMA和中國(guó)移動(dòng)的GPRS方式，RTK測(cè)量每隔50米記錄一個(gè)點(diǎn)位，詳細(xì)軌跡圖3。測(cè)試結(jié)果分析得出固定解、浮動(dòng)解和碼差分的比例見(jiàn)表2。

從結(jié)果可以看出，測(cè)量所得的固定解比例較低，難以滿(mǎn)足航道測(cè)量的需要。為了保證工程區(qū)域GPS定位的高精度和高可靠性，計(jì)劃采用常規(guī)RTK方式建立施工區(qū)GPS參考站系統(tǒng)，采用無(wú)線(xiàn)電傳輸方式發(fā)送差分信號(hào)。建設(shè)參考站前同時(shí)使用天寶和徠卡兩套R(shí)TK設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航道測(cè)量，統(tǒng)計(jì)航道測(cè)量GPS定位固定解情況，詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

從上表可以看出白茆沙水域徠卡設(shè)備10公里以?xún)?nèi)固定解比率相對(duì)較低只有82.5%，但仍然高于JSCORS的最高值80%。天寶在測(cè)試中15公里以?xún)?nèi)固定解比例基本都在99%以上，原因在于天寶選用的電臺(tái)功率較大。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，常規(guī)RTK定位方式模式在航道測(cè)量中穩(wěn)定性要高于JSCORS，在本工程水域航道工程測(cè)量中采用常規(guī)RTK定位模式更為合適。在長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道建設(shè)一期工程中建設(shè)了連續(xù)運(yùn)行的常規(guī)RTK參考站，為航道整治建筑物施工放樣和航道礙航段疏浚施工，以及航道施工前及整治后建筑物的沉降變形觀(guān)測(cè)和航道地形監(jiān)測(cè)提供保障。

表4　已知點(diǎn)校核統(tǒng)計(jì)

4　工程應(yīng)用

長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道建設(shè)二期工程工可階段為確保整治工程效果發(fā)揮，防止航道整治工程實(shí)施對(duì)護(hù)岸工程造成不利影響，擬對(duì)和暢洲北汊航道河段實(shí)施護(hù)岸加固和整治建筑物工程，設(shè)計(jì)需對(duì)擬建工程區(qū)域航道和護(hù)岸進(jìn)行測(cè)量。

4.1施測(cè)內(nèi)容與要求

4.1.1護(hù)岸平面地形測(cè)量

護(hù)岸平面地形測(cè)量范圍分別為和暢洲左汊左岸，和暢洲左緣，和暢洲洲頭及右緣，孟家港段。平面地形分為水下地形和陸地地形。

4.1.2橫斷面測(cè)量

橫斷面方向應(yīng)盡可能與水流方向垂直。斷面圖使用投影法成圖，將斷面線(xiàn)附近5米以?xún)?nèi)的實(shí)測(cè)點(diǎn)垂直投影至斷面線(xiàn)，斷面圖根據(jù)實(shí)測(cè)的投影點(diǎn)生成。

4.1.3整治工程測(cè)量

整治工程區(qū)域范圍覆蓋整治建筑物的工程范圍，和暢洲北汊全水道水下地形測(cè)量。擬建整治建筑物接岸處，四周各150m范圍內(nèi)。

4.2測(cè)區(qū)情況

項(xiàng)目工期較短，測(cè)區(qū)跨長(zhǎng)江兩岸，且和暢洲位于江心交通不便，因此方案制定時(shí)應(yīng)充分考慮各項(xiàng)因素按期提交資料。測(cè)區(qū)已建有長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道二期工程GPS控制網(wǎng)，業(yè)主提供了SPJT 和SPCC兩個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)以及測(cè)區(qū)WGS-84坐標(biāo)系與北京54坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。同時(shí)測(cè)區(qū)周邊有BTJY、BTZJ、BTDT等JSCORS站點(diǎn)。

4.3RTK技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用

測(cè)量項(xiàng)目中水下地形測(cè)量和陸地地形測(cè)量都涉及定位方式選擇問(wèn)題。合理使用RTK技術(shù)對(duì)于提高測(cè)量工作效率以及減少測(cè)繪內(nèi)業(yè)處理工作量起到至關(guān)重要的作用。

在建設(shè)長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道二期工程GPS控制網(wǎng)已對(duì)該段航道的基準(zhǔn)站點(diǎn)常規(guī)RTK定位方式的信號(hào)覆蓋范圍進(jìn)行了測(cè)試。SPJT點(diǎn)架設(shè)基站時(shí)，距離基站上游11公里、下游14公里范圍內(nèi)均能收到RTK的固定解。而本次工程測(cè)量范圍距測(cè)區(qū)約6公里。因此，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中優(yōu)先考慮選擇傳統(tǒng)RTK的定位方法，使用電臺(tái)方式播發(fā)差分信號(hào)。JSCORS系統(tǒng)作為岸上地形測(cè)量備選設(shè)備，也可作為導(dǎo)航設(shè)備為斷面測(cè)量提供定位。

4.3.1水下地形測(cè)量

水下地形測(cè)量的平面定位，采用Trimble 5800 RTK定位，安裝前將移動(dòng)站GPS在已知點(diǎn)SPCC上進(jìn)行校核，詳細(xì)見(jiàn)已知點(diǎn)校核統(tǒng)計(jì)，比對(duì)結(jié)果滿(mǎn)足精度要求后方可用于測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，RTK定位數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)斷鏈和失鎖情況，確保了水下地形測(cè)量工作按計(jì)劃按時(shí)完成。（表4）

4.3.2岸上測(cè)量

岸上測(cè)量主要有兩方面內(nèi)容，一是岸線(xiàn)大堤內(nèi)地形測(cè)量；二是橫斷面測(cè)量。

（1）地形測(cè)量?？紤]到本測(cè)區(qū)為鎮(zhèn)江和揚(yáng)州交界處，為兩市通信信號(hào)覆蓋邊緣區(qū)域，信號(hào)的頻繁切換影響JSCORS網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，頻繁的連接網(wǎng)絡(luò)影響工作的效率。但是對(duì)于一些工廠(chǎng)、碼頭門(mén)吊等對(duì)無(wú)線(xiàn)電干擾較大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)RTK可以彌補(bǔ)不足。因此本次地形測(cè)量確保工作的穩(wěn)定性，決定以常規(guī)RTK作業(yè)為主，網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)為輔。

……

……

（2）斷面測(cè)量。斷面測(cè)量點(diǎn)采集時(shí)需要嚴(yán)格定位在斷面線(xiàn)上。測(cè)量點(diǎn)按要求不能偏離計(jì)劃線(xiàn)5米以上，否則在生成斷面線(xiàn)時(shí)不能被引用，導(dǎo)致斷面缺點(diǎn)影響斷面生成精度。首先在AutoCad中繪制斷面計(jì)劃線(xiàn)，將AutoCad文件導(dǎo)入RTK手簿，測(cè)量過(guò)程中以計(jì)劃線(xiàn)為底圖嚴(yán)格按照計(jì)劃線(xiàn)位置測(cè)量。

測(cè)量時(shí)遇到闊葉林地時(shí)，使用RTK配合全站儀的方法。RTK可為全站儀棱鏡做導(dǎo)航定位，雖然在樹(shù)林中無(wú)法得到固定解但浮動(dòng)解能夠滿(mǎn)足5米定位的要求。在實(shí)際測(cè)量施工過(guò)程中取得了良好的效果，如圖4中斷面測(cè)量成果點(diǎn)與斷面最大偏離距離2.3米。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，常規(guī)RT K在和網(wǎng)絡(luò)RT K在長(zhǎng)江航道工程測(cè)量過(guò)程中有很多優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有些技術(shù)限制，只有了解各種作業(yè)方式的特點(diǎn)，結(jié)合特定的工作環(huán)境合理選擇才能更好的為測(cè)量服務(wù)。在長(zhǎng)江下游航道測(cè)量過(guò)程中如何更好的應(yīng)用RTK技術(shù)總結(jié)如下，供參考探討：

（1）對(duì)于航道水深監(jiān)測(cè)測(cè)量建議使用常規(guī)RTK作業(yè)方式，采用電臺(tái)傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)一步研究講常規(guī)RTK基站聯(lián)網(wǎng)播發(fā)差分信號(hào)，減小因距離產(chǎn)生誤差的影響。

（2）靠近城市的航道可以充分利用已建的C O R S系統(tǒng)。建議JSCORS系統(tǒng)基站采用雙發(fā)射模式，基站同時(shí)通過(guò)電臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)射當(dāng)電臺(tái)信號(hào)。

（3）隨著北斗定位系統(tǒng)不斷發(fā)展，GPS進(jìn)入基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多星應(yīng)用時(shí)代［8］，具有快速固定與抗干擾遮擋的優(yōu)點(diǎn)，合理加以應(yīng)用RTK技術(shù)必將在航道測(cè)繪中發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。

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