RTK和全站仪结合在城市地下管线测量中的应用
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摘要:本文介绍了rtk和全站仪工作原理及操作过程，并结合实际工作经验，对RTK和全站仪二者相结合在城市地下管线测量中的应用作了分析和总结。
关键词: RTK和全站仪结合 工作原理 操作过程 应用特点
中图分类号：U212.24+6文献标识码：A
1前言
城市地下管线多位于人行道、绿化带，分布零散，通视条件较差，利用传统方法测量效率低下，劳动强度较大，而且成本较高。随着全球定位系统( GPS) 技术的快速发展，其中RTK(Real Time Kinematic) 技术脱颖而出，由于RTK测量技术的精度高、实时性和高效性，使得其在城市测绘中的应用越来越广。所以有了RTK测量技术，再结合全站仪很好的解决了城市地下管线测量难题，并明显提高了效率，满足了精度要求。
2RTK和全站仪工作原理
2.1RTK工作原理
RTK测量技术即实时动态测量技术，是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS 测量技术，它由三部分组成: 基准站接收机、数据链和流动站接收机。RTK定位过程:基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站的坐标差ΔX 、ΔY 、ΔZ；坐标差加上基准站坐标即得到流动站每个点的平面坐标和海拔高程。通过RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度，并极大地提高了控制测量作业效率。
2.2全站仪工作原理
全站仪是全站型电子速测仪的简称，全站仪是在经纬仪的基础上发展起来的，可以同时进行角度（水平角，竖直角）测量，距离（斜距，平距，高差）测量和数据处理，并能按一定程序和格式将测量数据传送给相应的数据采集器，是一种由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。全站仪通过精密电子度盘测角、通过激光／红外测距，然后进行自动记录、存储、计算出平面坐标和海拔高程，并形成数据文件通过数据线传输到计算机进行后期工作。
3RTK和全站仪操作过程
3.1RTK操作过程：
3.1.1设置RTK基准站。以天宝GPS5800为例，基准站由室外天线、室内接收机及安装GPSBase软件的计算机组成。室外天线应安置在天空比较开阔的地方,应该能够看到高度角15°以上的天空。相对周围的地形，天线应处于较高处，以便电台信号发射距离更远，同时应避免辐射、磁场强度较大的区域，情况允许的话最好设置在单位顶层为宜。一般情况下基准站的平面坐标和海拔高程为已知，若没有，可通过本测区的GPS控制网获得。然后在特定的计算机上安装GPSBase软件，并设置好基准站平面坐标和海拔高程及端口等，在实时测量开始前，必须保证天线和接收机相连、接收机和GPSBase软件相连、计算机网络运行正常，否则无法进行实时观测。
3.1.2设置RTK流动站。基准站设置完毕后，打开流动站天线、手簿和通讯手机，用蓝牙依次连接手簿和通讯手机、手簿和天线，然后输入测点编号、天线高，就完成流动站设置。流动站也应置于天空比较开阔的地方，并保证收到的卫星数在5颗以上，并保持天线、手簿、通讯手机蓝牙连接，否则将无法接收到测量数据。
3.1.3实时观测。在流动站设置好后，等待测量数据的初始化，即水平差值和高度差值逐步精确到厘米级。初始化完成后，便可在待测点上观测了。根据现场情况，一般市政工程卫星接收信号较好，可直接对所有待测点进行观测；而相对于卫星接收信号较差的庭院工程，则要根据卫星分布图，选择适当位置，做对应的控制点，以便后续全站仪的观测。
3.2全站仪操作过程。全站仪的操作对大家来说都比较熟悉，主要可分为：仪器架设、定向、观测、记录等几个步骤。仪器架设包括对中、整平两个内容；定向是根据RTK所测控制点进行的；观测前应对RTK实时观测的数据进行对应校核，校核准确后再进行观测；观测时，对各管线点做记录。对于全站仪来说，只要能通视都可以进行观测，所以RTK在做实时观测时选择好控制点位置。
4RTK和全站仪结合在城市地下管线跟踪测量中应用特点
RTK和全站仪的结合可以说，实现了城市地下管线测量乃至城市所有相关测量任务的完成，RTK无需通视的优点弥补了全站仪要求通视的局限，而全站仪不受卫星影响的特点也正好弥补了RTK受卫星影响的局限。尤其对于城市地下管线测量，由于地下管线埋设的复杂性决定了我们需要实测的管线点位也就特别多，外业测量任务也就特别重。管线点包括线路特征点和附属设施（附属物）中心点，可分为明显管线点和隐蔽管线点两类。它的分布很有特点：在市区内主要分布在各条马路的路面及人行道上，相对集中且呈带状分布；在郊区主要是石油、给水、电信等长途输送管道，线路单一且距离较长。针对上述特点若采用传统测量方法则必须先沿测区布设大量的导线点，再采用全站仪进行施测，而且由于通视条件的约束，往往需要频繁的转移测站，工作效率很低。相对于传统测量方法，RTK 和全站仪结合在城市地下管线测量中的应用主要有以下特点：
4.1.测量范围广。RTK作业半径是指流动站与基准站的直线距离，一般能达到6km左右，若卫星条件理想，通讯信号强，可达到10km-15km。这个特点不仅满足了复杂的城市区域地下管线测量，也满足了郊区地下管线测量。
4.2.测量精度高。RTK测量精度可达到：1cm± 1ppm（平面），2cm± 1ppm（高程）。而常规测量中地下管线点的测量精度：平面位置中误差不得大于±5cm(相对于临近控制点)，高程测量中误差不得大于±3cm(相对于临近控制点)。另外，RTK测量测站之间无需通视，是相互独立的观测值，不存在误差积累传播，所以即使是后续全站仪测量也有了精度保障。相比较传统模式，优势尽显。
4.3.测量效率高，劳动强度降低。RTK通过实时处理能在2s内即可测得三维坐标。流动站重量较轻，便于携带，减轻了现场测量人员的劳动强度，而且可以一个人单独作业，提高了工作效率。
5RTK、全站仪的局限性。
当前，RTK、全站仪对城市测量来说，也存在一定的局限性，具体表现在以下几个方面。一是RTK设备成本较高；二是RTK卫星信号问题，RTK同静态GPS一样都受卫星信号的牵制，在城市高楼密集区、或其他卫星接收不好的地方，得不出固定解；三是RTK数据传送问题，手机通讯、网络连接能否正常运行，是RTK 能否成功的关键；四是全站仪操作比较耗时、耗力，且不能通视；等等。虽然RTK、全站仪目前仍存在一定局限性，但还是被普遍运用于各个行业，而且越来越普及，相信在不久的将来一定会出现更便捷实用的测量仪器。
6结束语
RTK和全站仪结合的使用，不但降低了城市地下管线测量工作的劳动强度，而且也提高了效率，保证了精度。本人也是根据所在地区的实际应用中，做了一些不算完全的验证，并对一些具体情况做了必要的分析，难免也有不妥之处，望大家指正，以促进城市地下管线测量工作向更高的层次迈进。
参考文献：
[1]王宏俊. GPS RTK在地下管线测量中的应用探讨.矿山测量，2010,05期
[2]徐绍铨等.《GPS 测量原理及应用》. 武汉测绘科技大学出版社,1998
[3]张序.《测量学》. 东南大学出版社,2006