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        GPS(RTK)技術(shù)在水利工程中的應用及精度分析

        2018-12-07 06:03:04李燃
        建材與裝飾 2018年45期
        關(guān)鍵詞:樣點點位全站儀

        李燃

        (信陽市水利勘測設計院 河南省信陽市 464000)

        1 GPS系統(tǒng)概述

        在進行GPS定位時,會受到一些外部因素的影響,這些外部因素也會導致測量誤差的出現(xiàn),為了消除這些誤差源,就必須使用幾臺以上的GPS接收機,使用的測量方法是靜態(tài)測量法,靜態(tài)測量法就是利用GPS接收機獨立進行工作,然后人員觀測,用后期的處理軟件進行差分解算,對于RTK測量,也是使用的差分解算,但是這兩種有細微的差別,后者是實時差分計算,RTK系統(tǒng)通常是由三部分構(gòu)成:第一部分是GPS接受系統(tǒng),第二部分是傳輸系統(tǒng),第三部分是軟件系統(tǒng),傳輸系統(tǒng)主要是由基準站的發(fā)射電臺和接受電臺組成,是是實現(xiàn)實時測量的動態(tài)設備,RTK在進行測量時,基準站與流動站要同時觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù),將所接受到的信號全部發(fā)射出去,流動站在接受衛(wèi)星信號的同時也接受基準站的信號,在計算這兩個信號的基礎上能夠確定出基準站與流動站的位置關(guān)系。

        2 RTK應用于工程放樣的分析

        在水利工程測量中,工程放樣是不可缺少的,尤其是在一個規(guī)模較大的水利工程中,具有大量的施工放樣工作,工程施工放樣的質(zhì)量也直接影響著工程的質(zhì)量,所以,現(xiàn)階段急需要解決的問題是高質(zhì)量高效率地完成工程放樣,在工程放樣中,需要注意點放樣,這種放樣方式就是通過一定方法和設備,將設計好的點在實際位置標出來,在過去,采用的傳統(tǒng)放樣方式多種多樣,比如經(jīng)緯儀交會放樣,全站儀等,在放樣期間先設計出一個點位,然后再來回移動目標,這項操作往往需要2人配合,在放樣期間,也需要點與點之間的通視情況良好,如果在放樣過程中,遇到困難會借助于多種方法才能實現(xiàn),所以在實際應用效率上并不高,如果使用的是RTK技術(shù)時,只需要將提前設計好的點位記錄進電子手簿中,人員只需要手持GPS接收機,它就會提醒你走到放樣點的位置,既方便又快捷,因為RTK是通過坐標放樣的,所以精準度較高,因為在放樣過程中只需要一個人操作,而且有一定精準性,所以工作效率也會大大提高。

        3 利用RTK進行點放樣和曲線放樣

        3.1 利用RTK進行點放樣

        利用RTK進行點放樣,就是將建筑中的形狀和大小通過點的形式表示出來。比如在建筑物中,建筑物具有一個中心、四個角和一個轉(zhuǎn)折點,所以點放樣是建筑物測量的基礎。使用RTK進行點放樣與傳統(tǒng)的點放樣方法相同,都需要控制兩個點,但不同的是傳統(tǒng)方法通過距離來進行放樣定點,而RTK主要是通過控制2~3個點來進行測量,就可以通過電磁波通視的方法進行點位放樣,這也是傳統(tǒng)方法難以做到的,點放樣工程實例:

        (1)測前準備:在測量之前需要先確定2~3個控制點,然后再計算出放樣點的坐標,檢查后續(xù)工作中要使用的儀器設備是否完好無損。

        圖1 曲線要素圖

        (2)架設基準架:人員需要將基準架放置在無人空曠的地方,然后再安裝電臺,將儀器設備連接好,打開主機開始工作,隨后將電臺打開,設置一個正確的頻率。

        (3)建立工程:打開移動站的主機,然后等待衛(wèi)星穩(wěn)定,衛(wèi)星穩(wěn)定的標志是存在5顆以上衛(wèi)星,這時候連接上藍牙,然后設置正確的參數(shù),投影參數(shù)和工程名稱,當參數(shù)都設置好后,工程建設完畢。

        (4)輸入放樣點:接下來就是輸入放樣點,需要先打開放樣庫,然后手動編輯放樣點,也可以把提前編好的放樣點輸進去,打開放樣點文件,然后選擇覆蓋或是追加坐標庫。

        (5)改正參數(shù):參數(shù)的修正包括兩種方法,第一種是控制點的坐標方法,第二種是利用點的坐標進行校正的方法。

        (6)輸入放樣點坐標:選擇一個測量的坐標,然后將點放樣,進入放樣屏幕,點擊打開按鈕,然后將之前編好的放樣文件放入坐標管理庫,再點擊放樣點,增加放樣點坐標。

        我們假設全站儀的坐標值是真實有效的,那么它測定的數(shù)值就是真值,那么運用GPS和RTK測得的數(shù)值產(chǎn)生的差值就是誤差值,根據(jù)工程規(guī)范指出:點位之間的誤差不得超過5cm。

        (1)使用RTK測量出的結(jié)果,與全站儀測量之間產(chǎn)生的誤差,結(jié)果都是厘米級,互差值最大的是2.7cm,最小的是0.6cm。

        (2)如果我們以全站儀測定的坐標為依據(jù),那么RTK的點位誤差都在5cm以內(nèi),那么這兩種方法的誤差點計算公式就應該是計算出的結(jié)果是1.8cm。

        (3)如果我們以統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果為準那么就需要假設全站儀的測量結(jié)果是準確的,RTK的測量結(jié)果可以精確到厘米,但是需要注意的是在各點位之間,是不存在誤差累計的,也克服了傳統(tǒng)的測量技術(shù)的缺點,完全能夠滿足點位之間的精確度要求。

        (4)經(jīng)過本次測量,測量的結(jié)果考慮的是全站儀誤差忽略不計的情況,因為如果我們考慮全站儀的誤差,就有可能會出現(xiàn)誤差大于5cm的情況,這樣的誤差產(chǎn)生的原因很有可能是系統(tǒng)本身自帶的誤差,也有可能外部環(huán)境所造成的誤差,或者是人為操作不當引起的誤差,但造成誤差的主要原因是測量環(huán)境中的路徑誤差或是干擾誤差。

        (5)對于上述造成的誤差,我們可以根據(jù)分析誤差的原因,來減小或者消除誤差,比如可以改變基準站的位置,選擇地形開闊的地點,也需要遠離無線電發(fā)射的源頭、雷達和高壓電線等裝置。

        3.2 利用RTK放樣

        在公路、鐵路以及河道、輸電線上,所有的管道工程都是屬于線型工程,他們的中線都統(tǒng)稱為線路,這些線路都是由直線與虛線組成的,尤其是在線路發(fā)生方向的地方,連接轉(zhuǎn)向處的曲線叫做平曲線,平曲線又分為兩種,第一種是圓曲線,第二種是緩和曲線,圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。

        3.2.1 一般曲線放樣方法

        當圓曲線進行放樣時,首先要找準放樣曲線的點,比如說找準直原點,曲中點和與圓直點,先測出α,然后設計出圓曲線的半徑,由圖可知:根據(jù)圖1的公式計算出切線、曲線以及切曲線等。

        根據(jù)傳統(tǒng)的方法,需要根據(jù)曲線要素的放樣算出曲線主點,再根據(jù)曲線主點算出放樣的其他點,由于放樣是根據(jù)已經(jīng)放樣的主點計算出來的,所以容易造成誤差累積。

        在放樣測量時,需要先放置好儀器設備,將儀器放置在交點上,先定一個線路方向,然后沿著兩條切線分別測量出切線的長度,才能夠確定出曲線的起點和終點,然后在交點上算出視點,在得分角線方向,計算出外矢距,這樣就可以得到曲線中點QZ,再把儀器架設在ZY處,用極坐標法或者偏角法進行曲樣的放樣。

        3.2.2 曲線放樣工程實例

        在我市的浉河河道治理工程中,河道邊坡施工放線的測繪工作采用的是南方雙頻設備,該設備精確度較高,可靠性較好,將基本控制點設為放樣的基準點,最終選用的是GPS設備,計算出了該流動站的距離為2km,在該范圍內(nèi),能夠向基準站發(fā)出準確數(shù)據(jù),然后選定了浉河兩岸的城市GPS控制點2個,作為本次工作的基準點框架,然后開始進行浉河治理工程的放線工作。

        在這次放樣工作中,樁號為K19+860~21+020段的是圓曲線,所以在這里我們采用的方法就是曲線放樣,曲線各點的坐標為已知數(shù)據(jù)。

        3.2.3 曲線放樣的精準度

        根據(jù)前文所說的曲線放樣,為了進一步檢驗放樣點的精確度,我們用了全站儀對放樣曲線進行測量,并對比測量結(jié)果與放樣點的真值,觀察曲線點的設計坐標和全站儀測量的近似值兩者之間的誤差。得出的結(jié)論和點放樣類似。

        (1)將RTK的測量與全站儀的測量結(jié)果進行對比,我們發(fā)現(xiàn)兩者的測量結(jié)果互差在厘米的范圍之內(nèi),其中最大的誤差為-1.8cm,而縱向誤差為-2.7cm,點位互差最大為3.1cm,最小為0.4cm。

        (2)如果我們以全站儀的定點為坐標值,那么RTK測得的數(shù)值誤差就在5cm以內(nèi),那么按照公式,RTK的放樣點點位就應該是m=±計算出的結(jié)果是1.6cm。

        (3)我們用RTK進行測量,當曲線出現(xiàn)橫向和縱向偏差時,完全可以忽略不計的,因為其滿足工程的要求,所以比常見的儀器設備測出的精準度更高。

        (4)如果在測量過程中,存在誤差超過范圍的點,我們可以根據(jù)測量條件,判斷出誤差的位置和原因,對于放樣點在市區(qū)中的工程,誤差的產(chǎn)生多是由信號干擾造成的,對于一些接近大面積水域的區(qū)域,出現(xiàn)的誤差則為多路徑誤差。

        (5)如果是遇到誤差極限的點,我們可以采用靜態(tài)GPS進行測量,然后制作模板,標出點正確的位置,然后用經(jīng)緯儀和電子測距儀進行測量,再重復同樣的操作,標出正確位置。

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