浅谈应用GPS RTK进行场地土方工程测量及其计算

　　摘要：RTK技术，是GPS 测量技术与数据传输技术的结合，是GPS 测量技术中的一个新突破。本文介绍了 GPS - RTK技术在土方测量中的应用 ,分析了 RTK应用于土方测量的诸多优势以及应该注意的问题。

　　关键词：GPS RTK,土方测量

　　引 言：随着我国经济建设的深入 ,在各地的土地开发项目中 ,多数需要土地平整 ,土石方的测算必不可少 ,对工程设计和造价预算起着至关重要的作用。土地平整测量外业常采用水准仪、经纬仪和全站仪等测量仪器 ,内业计算有方格法、等高线法、断面法和数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM )法等方法。在同样精度要求下 ,采用不同的测量方法会有不同的效率 ,选择合适的测量方法有利于提高效率 ,节省时间 ,甚至可以减少纠纷。具体采用什么方法根据实际情况和施工方要求确定。GPS - RTK技术近年来得到了快速发展 ,并日趋成熟 ,已逐步应用于工程测量的各个领域 ,用于土方测量更是极大地提高了效率。GPS技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK(Real Time Kinemati c)测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。RTK测量技术因其精度高、实时性和高效性，使得其在测绘中的应用越来越广。GPS RTK技术在测量中的应用，使测量方法发生了质的变化，真正实现了测量的单兵作业，经济效益是相当可观的。

　　1 RTK技术概述

　　实时动态(RTK) 测量系统，是GPS 测量技术与数据传输技术的结合，是GPS 测量技术中的一个新突破。RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量技术，其基本思想是： 在基准站上设置1 台GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，实时地判定解算结果是否成功，从而减少冗余观测量，缩短观测时间。

　　RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。RTK 测量技术除具有GPS 测量的优点外，同时具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，因此可以提高生产效率。实时动态定位如采用快速静态测量模式，在15 km 范围内，其定位精度可达1～2 cm ，可用于土方工程的控制测量。

　　RTK测量系统的开发成功，为GPS 测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。

　　2 某土方测量项目测量方案的确定

　　在某场地平整项目中 ,应用 RTK 1 +N模式进行土方测量 ,取得了较好的效果。该项目中 ,甲方要求土方测量采用方格网的方法测量 ,要求采集的高程点严格按 10 m ×10 m的方格分布 ,并且给出了已经画好方格网的测区电子地形图。测区面积大约460000 m2,大致呈南北方向长条形分布 , 南北最长1 100 m ,东西最长 680 m ,测区范围较大 ,按 10 m ×10 m方格网划分 ,需测量点位将近 5 000个 ,并且要首先确定每个方格网点的位置 ,工作量较大 ,且工期很紧 ,选择一个最佳的测量方案至关重要 ,我们对如下方案进行了比较。

　　(1)应用常规全站仪测量 ,将各点放样到实地 ,并采集坐标。这种方法操作简单 ,仪器要求不高 ,但是受通视和距离影响较多。一般的等高线法、数字高程模型法的土方测量中 ,效率较高 ,但在此项目中 ,不太实用。若采用甲方要求的方格网法 ,首先要在电子方格网图上采集每个网格点坐标 ,外业要放样到实地 ,然后采集各点的三维坐标 ,工作繁琐 ,效率低下 ,所以暂时放弃全站仪测量法。

　　(2)利用 RTK测量技术 ,用常规放样模式将各网格点放样到实地 ,同时采集各点的三维坐标。这种方法不受距离和通视限制 ,且测量速度和精度较全站仪测量有所提高 ,但同样面临相同的问题 ,必须内业量取各格网点坐标 ,外业逐个放样并采集 ,还是不能达到提高效率的要求。

　　(3)因 RTK有放样直线的功能 ,即能放样一条直线到实地。利用这一功能 ,将方格网分解成一条条直线 ,每条线上隔 10 m一点 ,测量时以线为单位测量 ,这样 ,既省去了内业逐个量取格网点工作 ,外业也不必逐点放样 ,大大提高了效率。另外我们采用 RTK 1 + 3模式 ,增加流动站数量 ,提高了工作效率。

　　3 实施过程

　　在本项目中采用拓普康 H iPer + GPS接收机。H i 2Per +集成了 GPS主机、天线、电源、RTK数据链电台 ,并利用蓝牙技术在接受机主机和手簿之间进行数据交换 ,是完全无线 ,一体化 GPS接收机 ,给外业测量带来极大的便利。H iPer +接受机 RTK测量精度 , 平面:10 mm + 1 ppm ,高程: 15 mm + 1 ppm ,完全满足土方测量的要求。整个作业流程如下。

　　(1)前期准备:根据实际情况 ,沿东西方向划分测线 ,共 110 条 ,然后在电子图上量取各条线的起始坐标 ,并制作成表格 ,供外业查询和检核使用 ,如表 1所示。

　　其中测线号由测线的起始点号组成 ,如 1 - 1A 表示第一条测线 ,起始点号为 1,终点点号为 1A。然后将图上采集的各点的坐标经过格式转化 ,用数据线导入RTK手簿中 ,也可以现场输入。

　　(2)现场测量。配备 4台接受机到现场 ,其中 1台作为基准站 ,其余 3台为流动站。测区事先已做好了控制网 ,我们在辐射范围最广的 K2点架设基准站 ,设置好各项参数 ,测量即可开始。对于流动站 ,启动后 ,选择放样菜单中的线放样 ,如图 1所示。

　　输入起始点 ,终止点 ,点击放样 ,即开始测量。屏幕显示目前流动站天线位置沿线的距离 ,在线的左边或右边 ,根据提示 ,移动天线 ,使其在线的位置上 ,并在10 m的整倍处测量坐标 ,如沿线距离显示 0、10、20 时点击“存储 ”图标 ,即可记录该点坐标 ,点号为测线名加后缀 ,并自动累加 ,例如: 1 - 1A - stk0, 1 - 1A -stk1, 1 - 1A - stk 2,当该测线完成 ,重新输入测线始终点即可。

　　(3)外业完成后 ,将数据下载 ,做必要的编辑 ,利用 CASS或其他软件计算土方量。

　　(4)由计算数据可以看出 ,所测 RTK点距离基准站最远为 1 km , 所以 RTK 点的平面精度均高于11 mm ,高程精度均高高于 16 mm ,满足土方测量精度要求。

　　4 注意的问题

　　在此 RTK土方测量项目中 ,需要注意以下几点:

　　(1)各方格网点坐标系统要与架设基准站的控制点坐标系统一致 ,由于从甲方给的电子图上量取的坐标都省去了大数 ,而 RTK中的模型为坐标的全部 ,所以要在方格网点的 X坐标前加 33, Y坐标前加 5。

　　(2)流动站的参数设置一定要与基准站的设置一致 ,特别是电台通道 ,要用同一通道 ,否则无法接受信息 ,本次 1 + 3测量模式 3个流动站的设置尤其要注意这点。

　　(3)由于拓普康 H iPer + GPS接受机为无线一体机 ,主机与手簿之间的信息交换通过蓝牙来实现 ,每次手簿设置参数或与原来的连接断开时 ,都要重新寻找蓝牙设备 ,与之建立连接 ,每个手簿一定要选择和自己相应的接受机 ,否则可能产生很多麻烦 ,尤其几个主机在一起时 ,容易出现混乱。

　　(4)如果某些地区因建筑物或树木遮挡而无信号 ,此时格网点坐标无法采集 ,可在附近不远处采集与之等高的点 ,内业处理一下 ,也可以沿同一方向测量一点 ,用内插的方法确定方格点高程 ,这样做对土方的测量精度的影响不是太大。

　　(5)测区南面有小面积水域 ,测量时只要测出水面高程 ,用绳索与测深锤等量取水深 ,内业进行数据处理可得到水下点的高程。

　　5 结束语：

　　通过整个测量过程可以看出 ,使用 RTK 1 + N 模式 ,并采用 RTK的线放样功能进行方格网法土方测量 ,效率很高 ,并且降低了劳动强度 ,缩短了工期 ,整个测区 2天就完成外业测量。如果没有方格网的限制 ,直接测量地形点 ,来计算土方 , RTK的优势更为明显。但是 ,如果在遮挡物较多 ,卫星信号不佳的地方 , RTK还是有所局限 ,此时可以和全站仪结合使用 ,取长补短 ,达到最好的功效。RTK地形测量中各个环节都可能带来平面及高程的测量误差，平面及高程模型的处理不当也可能会带来误差。目前，外业只是处理了点号之间的连接关系及线型的属性信息，还需要进一步的内业处理。今后通过在RTK测量工作中，软件的不断升级，以及后续的不断开发研究，RTK一定得到更加广泛的应用。

　　参考文献：

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　　[ 2 ] 牛根良 ,吴航. 实时动态测量 ( RTK)简介 [ J ]. 华北石油设计 , 2003, 1: 26～28

　　[ 3 ] 李青岳 ,陈永奇. 工程测量学 [M ]. 北京:测绘出版社 ,1993

《浅谈应用GPS RTK进行场地土方工程测量及其计算》

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文章名称： 浅谈应用GPS RTK进行场地土方工程测量及其计算

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