全站儀與RTK在工程測(cè)量中的應(yīng)用論文
由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)和測(cè)繪手段不斷提高。特別是我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的投入應(yīng)用，隨著我國(guó)發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的增多，RTK的精度也逐年提高。測(cè)繪工作變得越來(lái)越簡(jiǎn)單、精確、方便。RTK技術(shù)是在GPS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。隨著測(cè)量技術(shù)的日新月異，現(xiàn)階段RTK的功能越來(lái)越全面，已深入到工程建設(shè)中的方方面面，大有替代全站儀一統(tǒng)測(cè)繪行業(yè)的趨勢(shì)。但GPS能不能替代全站儀完成各項(xiàng)工程建設(shè)中的測(cè)繪工作呢？
我們知道，測(cè)繪工作在工程中主要的特點(diǎn)，就在于測(cè)繪定位的準(zhǔn)確性、完整性、及時(shí)性，測(cè)繪的三維坐標(biāo)的精度能夠及時(shí)準(zhǔn)確地滿足工程建設(shè)的需要。隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（realtimekinematic）測(cè)量技術(shù)日益成熟，RTK測(cè)量技術(shù)逐步在測(cè)繪中得到廣泛的應(yīng)用。RTK測(cè)量技術(shù)因其精度高、實(shí)時(shí)性、高效性，使得其在城市測(cè)繪中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
根據(jù)其性能特點(diǎn)：RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)。其基本思想是：在基準(zhǔn)站設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理。實(shí)時(shí)地解算整周模糊度未知數(shù)，并計(jì)算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及精度。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，使可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況。實(shí)時(shí)地判斷結(jié)果是否成功，從而減少冗余觀測(cè)量，縮短觀測(cè)時(shí)間。
RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)與流動(dòng)站的接收電臺(tái)組成。它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的`關(guān)鍵設(shè)備。軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)的功能。
動(dòng)態(tài)狀態(tài)下定位測(cè)量，在寬闊無(wú)障礙物的情況下，速度快，精度高。廣泛適應(yīng)于開(kāi)闊地域地形圖測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)采集及地質(zhì)、勘探、井位定位等方面的工作。
全站儀八十年代開(kāi)始使用。九十年代初，就在我國(guó)開(kāi)始廣泛應(yīng)用。隨后國(guó)產(chǎn)全站儀也開(kāi)始走向市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)全站儀價(jià)格低廉，性能經(jīng)過(guò)不斷完善，已在工程測(cè)量中廣泛使用。
現(xiàn)代工程測(cè)量中，大面積控制測(cè)量已經(jīng)比較少，代之而起的是中小型的工程測(cè)量。主要分布在大、中、小城市的市政建設(shè)方面；礦山勘探之類的測(cè)量主要分布在山區(qū)，面積也不是很大，一般是幾個(gè)平方公里。這些工程的特點(diǎn)是面積小，精度要求比較高等。RTK都能滿足這方面的精度要求。RTK能夠精確快速地提供工程建設(shè)需要的控制點(diǎn)，特別是城市控制網(wǎng)，面積大，精度高，使用頻繁。城市I、II、III級(jí)導(dǎo)線大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞。影響了工程測(cè)量和工程施工的進(jìn)度。RTK可以快速精確地提供控制點(diǎn)，極大的提高工作效率。常規(guī)控制測(cè)量如導(dǎo)線測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，而且觀測(cè)點(diǎn)高差過(guò)大會(huì)影響水平角的測(cè)量，進(jìn)而影響平面位置點(diǎn)的精度，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。且精度不均勻，誤差具有傳遞性累積性。GPS靜態(tài)測(cè)量，點(diǎn)間不需要通視且精度高。但須要事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。不能適時(shí)地知道定位結(jié)果。如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求時(shí)，則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無(wú)論是作業(yè)精度還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
既然RTK這么方便，是不是就可以代替全站儀呢？根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，覺(jué)得還是不能。因?yàn)檫�有許多因素影響制約著RTK測(cè)量的精度。這方面包括：
1）衛(wèi)星截止高度角要在15度以上，無(wú)大型遮擋物。
2）無(wú)電磁波干擾。（200米內(nèi)沒(méi)有微波站、雷達(dá)站、手機(jī)信號(hào)站等，50米內(nèi)無(wú)高壓線）
3）在用電臺(tái)作業(yè)時(shí)，位置要求要比較高。基準(zhǔn)站到移動(dòng)站之間最好無(wú)大型遮擋物，否則差分傳播距離迅速縮短，有效作業(yè)范圍大幅降低。
4）至少兩個(gè)已知點(diǎn)（最好為三個(gè)或三個(gè)以上，可以檢校已知點(diǎn)的正確性）這些方面限制了RTK的功能。在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)于小范圍內(nèi)的測(cè)地形圖、測(cè)宗地，我們?cè)诮⒒竞螅话憷脛?dòng)態(tài)移動(dòng)站對(duì)工作范圍內(nèi)的地形、地物、地貌進(jìn)行數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)，詳細(xì)測(cè)量。而對(duì)于采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精度，一般根據(jù)手薄顯示的三維坐標(biāo)誤差進(jìn)行判斷、取舍。誤差超限的舍去，達(dá)到精度要求的予以儲(chǔ)存保留。城市內(nèi)房屋等各種建筑物特多，而且多是高層建筑，嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量，測(cè)量狀態(tài)處于單點(diǎn)、浮動(dòng)狀態(tài)，很難達(dá)到固定解狀態(tài)。加上城市內(nèi)電信電磁信號(hào)多，有時(shí)一步之隔，測(cè)量狀態(tài)就不一樣。在礦山測(cè)量中，洞內(nèi)由于完全無(wú)信號(hào)，RTK自然無(wú)法測(cè)量。當(dāng)然對(duì)于各種隧道內(nèi)的測(cè)量，RTK基本上就沒(méi)有辦法，只有全站儀才能發(fā)揮其特有的優(yōu)越性。就是在洞外，由于山體本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樹(shù)木茂密，河流多，衛(wèi)星信號(hào)差，測(cè)量狀態(tài)處于無(wú)解、單點(diǎn)時(shí)候常有。這些情況決定了在現(xiàn)代工程測(cè)量中，還必需要使用全站儀，離不開(kāi)全站儀。
全站儀的適應(yīng)性比較廣泛，它不受天氣環(huán)境的影響（有溫度氣壓、地球曲率方面的改正），也不受電磁波等各方面的影響。
在常用工程測(cè)量中，具體體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：
1）城市建設(shè)區(qū)和規(guī)劃區(qū)的控制測(cè)量。城市控制網(wǎng)控制面積大，精度高，使用頻繁等方面的特點(diǎn)。城市各級(jí)導(dǎo)線大多位于地面，由于城市建設(shè)的快速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞，影響了工程測(cè)量的進(jìn)度。利用RTK進(jìn)行測(cè)量，兩點(diǎn)之間不需要通視。也不需要量測(cè)溫度、氣壓，作業(yè)效率高，比全站儀具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2）航測(cè)方面像控點(diǎn)測(cè)量。像控點(diǎn)測(cè)量是航空攝影測(cè)量外業(yè)方面主要工作之一。傳統(tǒng)方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來(lái)測(cè)量碎部點(diǎn)，由于航測(cè)一般面積比較大，或者地形復(fù)雜。布設(shè)導(dǎo)線工作量極大。全站儀使用起來(lái)人員多，很不方便。
利用RTK技術(shù)測(cè)量，只需要在測(cè)區(qū)內(nèi)或測(cè)區(qū)附近的高級(jí)控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站。提高了工作效率。
3）線路中邊線放樣測(cè)量。RTK測(cè)量技術(shù)用于市政道路中線邊線放樣，也可進(jìn)行電力的測(cè)量放樣。在架設(shè)好基站后，只要地形開(kāi)闊，無(wú)其他障礙物等影響，基本上一個(gè)人就可以進(jìn)行定位放線。使用全站儀放線，至少需要兩個(gè)人。
4）城市建筑規(guī)劃測(cè)量放線：城市建筑物樣，既要滿足城市規(guī)劃條件的各方面要求，又要滿足建筑物本身的設(shè)計(jì)要求，放樣精度高。使用RTK進(jìn)行建筑物放樣時(shí)，需要對(duì)建筑物本身的幾何關(guān)系進(jìn)行檢查。對(duì)于短邊，其相對(duì)關(guān)系較難滿足。在放樣的同時(shí)，如果點(diǎn)位收斂精度不高，測(cè)量狀態(tài)不佳，強(qiáng)制進(jìn)行測(cè)量則有可能帶來(lái)比較大的點(diǎn)位誤差。這種情況下，我們使用全站儀對(duì)建筑物進(jìn)行測(cè)量定位，得到了很好的效果。
5）在建設(shè)用地勘測(cè)中，RTK可實(shí)時(shí)地測(cè)定界址點(diǎn)的坐標(biāo)，可實(shí)時(shí)的測(cè)量權(quán)屬界限。土地分類修測(cè)，可提高測(cè)量速度和精度。根據(jù)我們實(shí)際工作的經(jīng)驗(yàn)，地形復(fù)雜困難的地方，還離不開(kāi)全站儀的配合。
綜上所述，區(qū)域地區(qū)的工程測(cè)量，既需要首級(jí)控制點(diǎn)，也需要詳細(xì)精確的碎步測(cè)量（如地形圖測(cè)量采集碎部點(diǎn)）。RTK和全站儀各自的特性，決定了它們?cè)诠こ虦y(cè)量中的相互關(guān)系。在特殊的地形環(huán)境下，互相補(bǔ)充，各顯其能。由于國(guó)家在各地縣都建有80國(guó)家控制點(diǎn)，方便引導(dǎo)加密測(cè)區(qū)首級(jí)控制。RTK首級(jí)控制的靈活性及空曠地區(qū)測(cè)量的有利性為我們的工作提供了極大的方便。而全站儀在復(fù)雜地區(qū)的適應(yīng)性，如隧道、礦山、山林密集地區(qū)、城市建筑物密集地區(qū)都離不開(kāi)全站儀。這種情況也決定了全站儀的無(wú)可替代性。我們只有把兩者結(jié)合起來(lái)，互為補(bǔ)充，才能圓滿地完成各項(xiàng)測(cè)繪工作。
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