基于GPS-RTK技术在工程放样中若干问题的探讨

基于GPS-RTK技术在工程放样中若干问题的探讨

摘要:笔者结合工作实践，探讨了GPS-RTK技术在工程放样中的运用,阐述了GPS-RTK技术在工程放样的准备工作、数据传输方法和步骤以及GPS-RTK技术在工程放样的方法和步骤,可供同行借鉴参考。

关键词:GPS-RTK;数据传输;放样;实时动态GPS;方法

1放样的准备

1·1选择作业时段

虽然GPS-RTK不受天气、气候的限制,但作业时段选择不好,其精度也受影响。在放样时要获取完整的数据必须根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段。在观测时段上至少要有4~5颗以上卫星可供观测,卫星的几何分布越好,定位精度就越高。卫星的分布情况及其他有关参数可用GPS手簿里的软件查看多项预测指标,根据预测结果合理安排工作计划。

1·2控制网的建立

1·2·1建立测区平面控制网

无论是什么工程项目都要进行放样的技术设计,在设计里要有控制测量部分。放样测区内如没有平面控制点,则用GPS静态测量方法建立测区平面控制网,相邻点间间距根据GPS型号和测程决定,一般可为2~20 km,并与国家控制点联测,求出各控制点平面坐标。同时投影变形不得不考虑,变形的程度与测区地理位置和高程有关,主要是根据测区范围面积大小决定。

1·2·2建立高程控制网

如需高程放样,还得求出各控制点的高程(也可用水准测量的方法),GPS得到的高程是大地高,而实际采用的是正常高,需要将大地高转化为正常高。而测区的高程异常是未知数,且高程异常的变化较复杂,特别在山区精度较差。此外,一般工程每隔2 km左右设置水准点,而有些地形环境不能满足GPS观测的条件,采用高程拟合的方法拟合的高程精度不能得到保证，完全用GPS替代等级水准难度大。因此等级水准仍采用水准仪作业模式。

1·3关于坐标系统

1·3·1我国常用的坐标系

1)WGS-84坐标系。

WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统,GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是World GeodicalSystem-84(世界大地坐标系-84),它是一个地心坐标系统。

2)1954年北京坐标系。

1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系,是一种参心(参考椭球的中心)坐标系统。我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。

3)地方坐标系(任意独立坐标系)。

在测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系等,或自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。

1·3·2坐标系统的转换

在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据,而目前测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系为基础的坐标数据。因此,必须将WGS-84坐标转换到BJ-54坐标系或地方(任意)独立坐标系。目前,进行坐标系统的转换采用的方法有:

1)布尔莎公式(七参数法)完成WGS-84坐标系到北京54坐标系的转换;

2)局部地区应用坐标差求解参数的方法进行转换;

3)在GPS网的约束平差中实现坐标转换。

无论用什么方法,一般都要选择一定数量的重合点,求解参数,再进行坐标系统的转换。选择转换参数时要注意以下两个问题:

1)要选测区四周及中心的控制点,均匀分布;

2)为提高转化精度,最好选3个以上的点,利用最小二乘法求解转换参数。

1·4基准站选定

要想提高放样精度必须选好基准站,基准站设置除满足GPS静态观测的条件外,还应设在地势较高,测区中央四周开阔的位置,便于电台的发射。

1·5放样内业数据准备

这一步主要是先在电脑里形成个放样点的坐标数据文件输入到GPS手簿中。在测量绘图时一般都用南方CASS软件,在南方CASS软件下,利用测量内外

业一体化程序完成全部计算工作。将放样点的有关要素、方位角、加直线长度等要素输入到计算机,程序根据情况计算出全部待放样点的坐标。在电脑上形成一个dwg AutoCAD文件。用南方CASS软件打开dwg文件,菜单:“计算与应用”→“指定点生成数据文件”,把待放样点坐标一个个用手工的方式,捕捉、导出、保存到桌面上。导出完毕,桌面上会自动生成一个dat文件,这个文件就是最原始的待放样点规划坐标数据文件。

1)选好当前所使用的工地网格系统;

2)文件,导入导出,导入固定格式文件;

3)文件格式:逗号定界的文件(*.CSV,*.TXT);

4)从名称:wgc0808·txt;

5)点名:域1;点代码:域2;北向:域4;东向:域3;高程:域5;

6)接受。

这样,电脑里dwg文件内所需之点的坐标(*.dat数据文件)已导入到GPS手簿里相应的*·dc文件内。可以在手簿“文件”→“检查当前任务”中查看到坐标及高程。或者干脆把*·dc文件按正常程序导出至电脑上用TGO看看是不是一样的。从理论上讲,只要有存档的海量dat数据,就可以基本恢复原始地形的三维结构。使用熟练之后,几分钟(甚至几秒钟)就能把成百上千的dat数据导入GPS手簿,进行相关外业操作或检验。在手簿上形成一个*·dc文件存放,供外业调用。下面以NiKon系列仪器为主说明其放样方法。

2RTK放样方法

2·1设置基准站

在已知控制点上架设接收机和天线,量取天线高,打开接收机,将PC卡上室内设置的参数(坐标系统)读入GPS接收机,建立(或选择)配置集,输入参考站点准确的相应坐标和天线高,基准站GPS接收机通过转换参数将相应坐标转换为WGS-84坐标,同时连续接收所有可视GPS卫星信号,并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去,待电台指示灯显示发出通讯信号后流动站即可开展工作。

2·2对放样误差进行检核

在另外的控制点上,进行检核。流动站接收机开机后首先进行系统设置,输入转换参数,再进行流动站的设置和初始化工作。在放样模式下,根据提取该已知点的坐标进行放样,放样位置与已知点进行比较,看误差是否在允许范围内,如误差超限要查明原因,进行调整,直到在允许范围内为止。

2·3GPS放样待定点

在MAIN主画面下,选择[STAKE-OUT放样模式]后,接收仪进入PAC_ROV(RTK实时动态-副站模式)。仪器显示进入主画面(MAIN),于主画面下显示三种主要测量模式,以供使用选择:

1)SURVEY (测量模式);

2)STAKE OUT (放样模式);

3)APPLICATIONS (其他应用模式);

请选择进入 STAKE OUT(放样模式)。

可见画面出现下列内容:

CONFIG SET:操作面版搜寻后,确认选择项目。(测量型态设定——目;或直接键入代号名称。(放样基准(固定主站数据)———放样作业引用基准点点位资料);STORE PTS:操作面版搜寻后,确认选择项目;或直接键入代号名称。(放样点位(移动站数据)———欲放样点位数据存取代号);STAKE TYPE:操作面版搜寻后,确认选择项目。(放样型态选择 一般多采用“点位元”数据模式进行放样作业;即相关点位之坐标数据已知,而于实地完成各点位展放作业)。