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)。

放样型态共有以下3种可供选择: 1)point (以“点位”数据为展点基础); 2)slope (以“倾斜度”数据为展点基础); 3)grid (以“方格坐标”数据为展点基础)。

antenna:依测量模式及作业项目选择结果,自动显示相关信息。(无线电天线接收天线种类)信息显示———antenna);ant height:现场量测后直接输入(仪器高度);按功能键f1 cont (继续;进入下一步骤);此时面版画面显示:

orient:操作面版搜寻后,确认选择项目。 ([移动站]点位移动使用之“相对基准”模式)。 [移动站]点位移动使用之“相对基准”模式选择如下: 1)north (测杆以北方为对齐方向); 2)sun (测杆以太阳为对齐方向);

3)know_pt (测杆以已知点位(固定主站)为对齐方向); 4)line在可通视、近距离内,一般以“know_pt(已知点位)”为测杆对齐方向。若选择know_pt (测杆以已知点位(固定主站)为对齐方向),则画面将出现下列二行信息:

a. (已知点点位数据代号将自动显示出来;如有不符可进行修正);

b. fwy-3 (拟于现地进行展放点位数据之代号)。

该两行数据内容系于室内准备作业中,先行输入「数据卡片」中,以供现场施测时使用【可操作面版直接选取】。如有不符或临时需增加新点位数据时,亦可于此进行修正作业或自行开启新的点位数据储存文件(键入新的代号)以储存相关作业信息。在“放样模式”下,若现场展放点位数据已选定，遵循放样点位展放指引信息,移动测杆,使接近实际点位所在。当拟放样点位与实际点位近乎重合时,上述放样方向指引数值应在1 cm以内范围跳动。(此时测杆应保持水平,并于此处多停留数秒以确认)。确认放样点位后以→定桩、定钉、喷漆、注明点位编号。至此,表示完成一个点位之放样作业。如不再进行观测作业,则请按shift功能键,再按fg quit功能键,最后按下on/off功能键,完成仪器关机程序。 3结语

综上所述，在rtk作业的模式下,在基准站和流动站之间建立数据通讯链,将基准站的观测值和观测站的坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据通讯链接收来自基准站的数据,还要采集

gps观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时通过输入相应的坐标转换参数和投影参数,实时得到流动站的三维坐标及精度,并通过手簿显示流动站移动的方向和大小,为工程放样提供了广阔的空间,特别是在铁路、公路及远距离工程放样,尤其是已知点与放样点不通视的情况下更体现了它的优越性。 参考文献

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