錢 峰

成都建工第九建筑工程有限公司

1 引言

以往主要依靠全站儀、水準(zhǔn)儀等儀器進(jìn)行建筑施工現(xiàn)場(chǎng)放樣，但存在設(shè)備操作難度大、測(cè)量進(jìn)度滯后、累計(jì)誤差大等問題，且對(duì)于測(cè)量人員的依賴性較高。通過引入GPS-RTK 技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地測(cè)設(shè)，可適應(yīng)復(fù)雜地形與不同構(gòu)筑物模式下的工程測(cè)量要求，依托自動(dòng)化作業(yè)模式實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，有效提升作業(yè)精度與效率。

2 GPS-RTK設(shè)備的工作原理與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

2.1 基本工作原理

GPS 技術(shù)主要由衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)、用戶三個(gè)部分組成，具有全天候、實(shí)時(shí)性、精確度高等特征，用于提供定位服務(wù)。RTK技術(shù)是一種利用高精度載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，包含位置差分、偽距差分、相位差分三種類型，由流動(dòng)接收機(jī)接收來自基站發(fā)送的改正數(shù)據(jù)，并針對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正、獲取精確定位數(shù)據(jù)。由于改正數(shù)據(jù)、流動(dòng)站運(yùn)動(dòng)速度均會(huì)影響到位置差分與偽距差分模式下接收處理數(shù)據(jù)的延時(shí)效果，導(dǎo)致定位數(shù)據(jù)精度下降，因此當(dāng)前普遍采用相位差分技術(shù)進(jìn)行工程放樣測(cè)量。選取1臺(tái)GPS接收機(jī)設(shè)為基準(zhǔn)站，將基站位置參數(shù)輸入系統(tǒng)中，同時(shí)選取1臺(tái)或多臺(tái)GPS設(shè)備設(shè)為流動(dòng)站，由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站共同接收GPS 衛(wèi)星信號(hào)，二者通過互發(fā)信息完成實(shí)時(shí)差分及平差處理，并將獲取到的流動(dòng)站點(diǎn)位置數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)精度進(jìn)行比較，生成最終測(cè)量結(jié)果。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

首先，采用GPS-RTK技術(shù)可有效提高定位精度與測(cè)量過程中的抗干擾能力，例如在地勢(shì)相對(duì)較高的場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)量放樣時(shí)，僅需設(shè)置1個(gè)操作站即可監(jiān)測(cè)到15km范圍內(nèi)的區(qū)域概況，有效降低測(cè)量難度、提高施工效率。其次，GPS-RTK設(shè)備在實(shí)際操作上較為便捷，通過設(shè)置基準(zhǔn)站、流動(dòng)站即可完成位置坐標(biāo)的放樣測(cè)量，可在移動(dòng)過程中實(shí)時(shí)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，并且借助與計(jì)算機(jī)等測(cè)量設(shè)備間的通信完成數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換。最后，RTK技術(shù)適用于多種測(cè)繪類型的內(nèi)、外業(yè)工作，依靠?jī)?nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)接收外業(yè)數(shù)據(jù)即可使流動(dòng)站獨(dú)立完成多項(xiàng)測(cè)繪工作，有效免去輔助測(cè)量工作、降低人為誤差，且自動(dòng)化、集成化程度較高，可有效保障測(cè)繪精度、優(yōu)化測(cè)繪功能。

3 GPS-RTK技術(shù)在工程放樣中的具體應(yīng)用探討

3.1 工程概況

以四川省成都市中和污水處理廠二期項(xiàng)目為實(shí)例，該項(xiàng)目占地面積約180畝，單體建筑物共計(jì)三十余處，各單體建筑物之間間距大，所需設(shè)置的測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多，工期較緊、對(duì)于測(cè)量結(jié)果精確度的要求較高。通過針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行觀察，倘若采用傳統(tǒng)全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等儀器進(jìn)行工程測(cè)量，其涉及到的儀器設(shè)備與支架重量較大、不易于攜帶，至少需2人以上配合完成測(cè)量工作，測(cè)量速度較慢、不便于現(xiàn)場(chǎng)操作；由于該工程土方挖填方量較大，對(duì)于土方測(cè)設(shè)的精度、可靠性要求較高；又因該項(xiàng)目涉及到的單體建筑數(shù)量較多，在測(cè)量過程中需反復(fù)轉(zhuǎn)點(diǎn)，易導(dǎo)致測(cè)量進(jìn)度滯后、累計(jì)誤差增大。

通過將GPS-RTK 設(shè)備引入測(cè)繪內(nèi)外業(yè)中，僅需1 名測(cè)繪人員即可攜帶移動(dòng)站進(jìn)行作業(yè)，測(cè)點(diǎn)速度較快、測(cè)量天數(shù)可縮短5倍左右，并且將其應(yīng)用于大型工程土方測(cè)量中可快速繪制出土石方方格網(wǎng)圖，為現(xiàn)場(chǎng)施工創(chuàng)設(shè)了便捷條件。在GPS-RTK作業(yè)模式下，流動(dòng)站借助內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，具備強(qiáng)大的自動(dòng)化、集成化效果，可有效減少人工干預(yù)與輔助測(cè)量工作量、克服誤差累計(jì)問題，減小人為誤差、提高定位進(jìn)度，有效提升測(cè)量工作的可靠性與測(cè)量效率。

3.2 放樣前準(zhǔn)備工作

3.2.1 架設(shè)基準(zhǔn)站

由于該工程涉及到30余棟單體建筑、測(cè)量點(diǎn)數(shù)量較多，因此需在放樣前構(gòu)建控制網(wǎng)，將控制網(wǎng)精度設(shè)置在5cm以下，選取施工現(xiàn)場(chǎng)視野開闊處設(shè)置基準(zhǔn)站，將基準(zhǔn)站天線高度角控制在5°-15°范圍內(nèi)，保障周圍無障礙物遮擋、便于跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星，同時(shí)確保基準(zhǔn)站周邊200m范圍內(nèi)無大功率無線電發(fā)射設(shè)備等干擾源，保障差分信號(hào)的傳輸質(zhì)量。在完成點(diǎn)位選定后架設(shè)基準(zhǔn)站，啟動(dòng)GPS 接收機(jī)，并配置好基準(zhǔn)站的各項(xiàng)參數(shù)。通常每個(gè)流動(dòng)站僅需安排1 名作業(yè)人員通過操作RTK 手簿進(jìn)行具體測(cè)量作業(yè)，將GPS接收機(jī)、天線、測(cè)桿連接后，利用手簿開啟GPS接收機(jī)、完成流動(dòng)站參數(shù)配置，隨后連接基站的無線電，并輸入流動(dòng)站天線高。

3.2.2 GPS平面測(cè)量與基線解算

依據(jù)建筑工程測(cè)量要求設(shè)置復(fù)測(cè)的控制點(diǎn)，圍繞控制點(diǎn)完成控制網(wǎng)的構(gòu)建，隨后完成加密計(jì)算，結(jié)合選取的控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站、構(gòu)建控制網(wǎng)，借此保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。在此基礎(chǔ)上，利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與無約束平差計(jì)算，將獲取到的測(cè)量坐標(biāo)與預(yù)先提供的坐標(biāo)進(jìn)行比較，完成7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算，將高程差計(jì)算結(jié)果換算為最低潮面基準(zhǔn)函控制點(diǎn)比測(cè)，并且利用轉(zhuǎn)換參數(shù)與GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行比測(cè)，完成基準(zhǔn)站的設(shè)計(jì)，將控制點(diǎn)坐標(biāo)誤差控制在允許范圍之內(nèi)。

3.3 RTK放樣測(cè)量與質(zhì)量控制

采用GPS-RTK 設(shè)備進(jìn)行工程放樣測(cè)量，需利用VB 程序計(jì)算出坐標(biāo)放樣點(diǎn)，將坐標(biāo)參數(shù)存儲(chǔ)后向已建立的坐標(biāo)放樣RTK中輸入數(shù)據(jù)、完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，并且在放樣過程中需控制好放樣點(diǎn)與測(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)換，令移動(dòng)站對(duì)中整平，配合平滑數(shù)據(jù)分析、測(cè)量尺寸等方式進(jìn)行放樣誤差的檢測(cè)。為最大限度降低RTK測(cè)量誤差，可采用以下三種方法：其一是已知點(diǎn)檢核比較法，在構(gòu)建控制網(wǎng)環(huán)節(jié)采用靜態(tài)GPS 多測(cè)出一些控制點(diǎn)，隨即利用RTK設(shè)備檢測(cè)出控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值、完成比較檢核，保障及時(shí)修正誤差；其二是重測(cè)比較法，待完成初始化后選取1-2個(gè)已完成測(cè)試的RTK 點(diǎn)或精度較高的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，待保障測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確后再進(jìn)行RTK測(cè)量；其三是電臺(tái)變頻實(shí)時(shí)檢測(cè)法，需在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置至少2個(gè)基準(zhǔn)站，各基準(zhǔn)站以不同頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，利用變頻開關(guān)選擇流動(dòng)站接收到的改正數(shù)據(jù)、生成2個(gè)以上解算結(jié)果，經(jīng)由比較后即可用于判斷檢測(cè)質(zhì)量。

3.4 RTK測(cè)量精度分析

在該工程中采用的GPS-RTK 儀器主機(jī)采用完全一體化結(jié)構(gòu)形式，主板與GSRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)模塊的靜態(tài)平面精度為3mm+1ppm、高程精度為5mm+1ppm，RTK定位平面精度為1cm+1ppm、高程精度為2cm+1ppm；儀器主要采用AUTOROVER自動(dòng)選頻技術(shù)，UHF 接收天線置中，向上設(shè)置，用于保障電臺(tái)電線電磁中心與接收機(jī)雙頻天線電磁中心融合，增強(qiáng)抗干擾能力；配合工程之星、測(cè)圖之星、電力之星、導(dǎo)航之星等儀器提供特征點(diǎn)采集、點(diǎn)放樣、直線/曲線放樣、路線放樣等功能，并且可實(shí)現(xiàn)圖形化顯示與操作，滿足工程測(cè)量需求。以本工程為例，其檢測(cè)結(jié)果表明，GPS-RTK 儀器測(cè)量的點(diǎn)位誤差為0.3m～2.6cm、中誤差為2.01cm，高程誤差控制在0.7cm～3.4cm范圍內(nèi)、中誤差為2.44cm，測(cè)量結(jié)果的可靠性較強(qiáng)、精度較高，同時(shí)其操作便捷度較高，僅需利用基站與衛(wèi)星完成信號(hào)傳輸，利用本地坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)采集與放樣，有助于縮短前期準(zhǔn)備時(shí)長(zhǎng)、加快整體工程進(jìn)度，可有效滿足建筑工程測(cè)繪需求。

4 結(jié)語

GPS-RTK 是一種適用于多種工程類型的信息化儀器，通過基站與衛(wèi)星的信號(hào)傳輸，利用本地坐標(biāo)完成坐標(biāo)采集與放樣，對(duì)于工程測(cè)量具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。將其引入建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放樣，能夠有效保障工程進(jìn)度、縮短工期，且易于操作、測(cè)量結(jié)果精度較高，為大型建筑工程的現(xiàn)場(chǎng)施工提供了重要保障。