RTK施工测量作业要求.docx
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RTK施工测量作业要求
RTK施工测量作业要求
1总则
1.1为了使RTK技术在公司施工项目的线路地界放样、线路中边桩放样、路基纵横断面测量及桥涵桩基放样等领域内推广应用,统一RTK作业方法、使用注意事项、仪器使用要求、数据处理方法,保证测量成果质量满足规范要求,特制定本要求。
1.2本要求参照与引用的标准
1.2.1《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》(CH/T2009-2010);
1.2.2《卫星定位城市测量技术规范》(CJJ/T73-2010);
1.2.3《铁路工程卫星定位测量规范》(TB10054-2010);
1.2.4《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》(CH8016-1995)。
1.3本要求适用于地面线路放样测量(地界桩、中边桩放样及路基附属放样)、地形测量、线路纵横断面测量,以及桥涵桩基、墩身放样,等外水准测量。
2 术语
2.1全球导航卫星系统 GlobalnavigationsatelliteSystem
全球导航卫星系统(GNSS)目前主要是指由美国研制的全球定位系统(GPS)、俄罗斯研发的卫星导航系统(GLONASS)、欧盟建造中的伽利略定位系统(GALILEO)以及中国自主研发的北斗卫星导航系统(CNSS)组成。
共同向全球用户提供高质量的导航、授时和定位服务。
它由空中卫星、地面跟踪监控站、和用户站三部分组成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。
GNSS系统的特点是高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。
2.2实时动态测量(RTK) RealTimeKinematic
RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。
在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GNSS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理。
流动站可处于静止状态,也可处于运动状态。
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。
2.3天线高antennaheight
观测时接收机天线相位中心至测站中心标志面的高度。
2.4基准站(参考站)referencestation
在一定的观测间内,一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上,一直保持跟踪观测卫星,其余接收机在这些测站的一定范围内流动设站作业,这些固定测站就称为基准站。
2.5流动站rovingstation
在距参考站一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。
2.6数据链datalinkmessages
是在参考站通过无线电台或通讯网络实时地发送参考站的WGS-84坐标、载波相位观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态的无线电信号。
2.7单基准站RTK测量singlereferencestationforRTKsurveying
只利用一个基准站,并通过数据通信技术接收基准站发布的载波相位差分改正参数进行的RTK测量。
2.8网络RTKnetwortRTK
指在一定区域内建立多个基准站,对该地区构成网状覆盖,并进行连续跟踪观测,通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算,获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数,用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式。
2.9截止高角度cutoff
为了屏蔽遮挡物(如建筑物、树木等)及多路径效应的影响所设定的蔽遮高度角,该角度测量是指接收机架平后的水平面向铅垂方向旋转的角度,低于此角视空域的卫星不予跟踪。
2.10空间位置精度因子(PDOP)positiondilutionofprecision
反映定位精度衰减的因子与所测卫星的空间几何分布有关,空间分布范围越大,PDOP值越小,定位精度超高;反之,PDOP值越大,定位精度越低。
2.11固定解fixedsolution
卫星载波相位观测量的整周未知数的整数解叫固定解。
2.12观测次数observationtimes
同一流动站初始化观测的次数。
2.13初始化initialization
初始化是指开始RTK测量之前,在流动站上通过短时间的观测,准确地测定载波相位的整周模糊度的过程。
2.14世界大地坐标系1984(WGS1984)WorldGeodeticSystem1984
由美国国防部在与WGS72相关的精密星历NSWC–9Z-2基础上,采用1980大地参考数和BIH1984.0系统定向所建立的一种地心坐标系。
2.15国际地球参考框架ITRFYY InternationalTerrestrialRefferenceFrame
由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定向基准,以IERSYY天文常数为基础所定义的一种地球参考系和地心(地球)坐标系。
2.16广域增强差分系统(WAAS)WideAreaAugmentationDifferentialGPSSystem
WAAS系统是将主控站所算得的广域差分信号改正信息,经过地面站传输至地球同步卫星,该卫星以GPS的L1频率为载波,将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户站,从而形成广域GPS增强系统。
美国已计划将WAAS发展成国际标准,是美国GPS现代化计划的一部分。
2.17局域增强差分系统(LAAS)LocalAreaAugmentationDifferentialGPSSystem
将基准站所算得的伪距差分和载波相位差分改正值、C/A码测距信号,一起由地基播发站调制在L1频道上传输给用户站。
3坐标系统、高程系统和时间系统
3.1坐标系统
卫星定位测量采用广播星历时,坐标系统应采用世界大地坐标系WGS-84。
当卫星定位测量采用精密星历时,坐标系应采用相应历元的国际地球参考框架ITRFYY,当要换算大地坐标系时,可采用与WGS-84相同的地球椭球的基本参数以及主要的几何和物理常数。
RTK测量是采用了世界大地坐标系WGS-84。
当需要2000国家大地坐标系(CGCS2000)、北京54坐标或1980西安坐标系时,应进行坐标转换。
各坐标系的参考椭球基本参数应符合以下 规定。
地球椭球和参考椭球的基本几何参数
WGS-84大地坐标系的地球椭球基本参数及主要几何和物理常数
长半轴
=6378137m短半轴
=6356752.3142m扁率
=1/298.257223563
第一偏心率平方
=0.00669437999013第二偏心率平方
=0.006739496742227
地球引力常数(含大气层)GM=3986005
地球自转角速度
2000国家大地坐标系地球椭球参数
长半轴
=6378137m短半轴
=6356752.3141m扁率
=1/298.257222101
地球引力常数(含大气层)GM=3.986004418
地球自转角速度
1980西安坐标系的参考椭球基本参数
长半轴
=6378140m短半轴
=6356755.2882m扁率
=1/298.257
第一偏心率平方
=0.00669438499959第二偏心率平方
=0.00673950181947
地球引力常数(含大气层)GM=3986005
地球自转角速度
1954年北京坐标系的参考椭球基本参数
长半轴
=6378245m短半轴
=6356863.0188m扁率
=1/298.3
第一偏心率平方
=0.006693421622966第二偏心率平方
=0.00673852*******
3.2时间系统
RTK测量宜采用协调世界时UTC。
当采用北京标准时间(BST)时,应考虑时区差与UTC进行换算。
这在RTK用作定时器时尤为重要。
3.3高程系统
高程系统采用正常高系统,基准为1985国家高程基准。
4RTK测量作业模式
RTK施工测量作业模式按实现手段可分为两大类:
一类是以单基站广播差分改正信息的常规RTK模式;另一类是以CORS(连续运行卫星定位服务综合系统)网络RTK模式。
4.1常规RTK模式系统组成及原理:
常规RTK系统主要由一个参考站、若干个流动站及数据通讯系统组成。
常规RTK数据通讯通常采用无线电技术(常规电台和GSM或GPRS/CDMA通讯)。
工作原理:
在常规RTK作业模式下,一个临时建立的参考站对所有可见的GNSS卫星进行连续观测,并通过数据通讯系统(电台或GPRS/CDMA)将其观测的数据及测站坐标信息直接传送给流动站,流动站在采集GNSS卫星数据的同时,还通过数据通讯系统接收来自基准站的信息,并组成差分观测值进行实时处理,得到流动站的定位结果。
参考站(电台模式)流动站(接收电台模式)
电台模式下的RTK工作原理
4.2网络RTK模式系统组成及原理:
网络RTK也称多基站RTK,它由参考站网(多个参考站)、数据处理中心、数据通讯链路和用户(流动站)部分组成。
当前,利用多基站RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统(ContinuousOperationalReferenceSystem,简称CORS系统)是网络RTK的典型代表,CORS系统可以定义为由若干个固定的、连续运行的GNSS参考站、控制中心、互联网和无线通讯(GSM、GPRS/CDMA)技术和用户部分组成。
CORS技术目前有代表性的主要有两种,一种是由Trimble公司提出的虚拟参考站技术(简称VRS技术),另一种是Leica公司提出的主辅站技术(简称为MAC技术),也称为改进的FKP—区域改正数法)。
VRS技术工作原理:
地面多个固定连续运行的参考站网络,将接收GNSS卫星信号利用现代化数据通信和互联网(LAN/WAN)技术传送至控制中心,同时控制中心还实时地侦听用户(流动站)的服务请求并接收用户(流动站)发过来的近似坐标(流动站采集的GNSS数据),根据用户的工作位置(近似坐标)并综合利用各参考站的观测信息,建立精确的误差模型,整体改正卫星的轨道误差及电离层、对流层和大气折射引起的误差,将高精度的差分信号发送给用户(流动站)。
4.3RTK几种作业模式下的优缺点及适用条件
常规RTK电台作业模式下的优点:
数据稳定,在任何地区都可以使用。
缺点:
(1)基站要架设地势较高处,且架设基站设备较多、电瓶较重;
(2)作用距离较短(一般在3~5km)范围。
常规RTK(GPRS/CDMA)无线网络模式下的优点:
仪器配置简单,野外携带及架设简单;作用距离较大;基准站架设更加灵活,不需架设高地势;缺点:
(1)没有GSM或GPRS/CDMA信号地区不能使用;
(2)产生的费用较高。
常规RTK作业相比CORS网络RTK,主要表现以下不足:
(1)用户需要架设本地的参考站;
(2)测量误差随距离增长而增大,其可靠性和可行性随距离加大而降低;(3)由于误差限制,使流动站和参考站距离受到限制。
CORS网络RTK模式下的优点:
(1)改进了初始化时间、扩大了有效作业范围;
(2)采用连续基站,用户随时可以观测,使用方便,提高了工作效率;(3)采用了多个参考站的联合数据,可以有效地消除系统主误差和周跳,大大提高了可靠性;(4)用户不需架设参考站,真正实现了单机作业,提高了仪器使用效率,减少了使用人员;(5)使用固定可靠的数据链通讯方式,减少了噪声干扰;(6)提供远程INTERNET服务,实现了数据的共享;缺点:
(1)由于目各省的CORS系统刚使用,技术不是十分成熟,误差模型的生成还存在许多问题,在电离层和对流层强烈活动条件下出现较大误差,影响实际使用;
(2)系统使用费用较高;(3)只有在建立CORS网和GRPS/CDMA信号较强的地区才有条件使用。
5常规RTK测量时参考站的设置要求
5.1参考站对点位要求
(1)参考站位置的选择必须严格。
因为参考站接收机每次卫星信号失锁将会影响网络内所有流动站的正常工作。
参考站可以为测区内已知控制点,也可以为根据用户需要自由设站。
(2)参考站点周围应视野开阔,截止高度角应设为15º,上空无遮挡物;周围无信号反射物(大面积水域、大型建筑物等),以减少多路径干扰。
并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。
(3)对于使用电台模式作RTK时,参考站应尽量设置于相对制高点上,以方便播发差分改正信号。
(4)参考站应避开强磁场(如微波塔、通信塔、雷达、磁铁矿等大型电磁发射源)的干扰,应远离200米外;另参考站要远离高压输电线路、通讯线路50米外。
(5)RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理,而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。
因此,基准站与流动站应同步锁定5颗以上的卫星数,且空间位置精度因子(PDOP)值应小于6。
5.2参考站架设要求
(1)参考站架设在已知点上时,仪器架设要严格对中、整平,对中误差应小于1mm,水平误差长水准气泡应偏离值应小于1mm。
如果是自由设站不作此要求。
(2)架设的GPS天线和电台发射天线的二个三角架之间应保持至少3米的距离;GPS天线、信号发射天线、主机、电源等应连结正确无误。
(3)对于已知点上架站,应严格量取参考站接收机天线高,量取二次以上,较差小于3mm,取用平均值。
对于自由架站,不作此要求。
5.3参考站运行期间作业要求
(1)尽管各RTK设备在设计时考虑到防水、防晒等因素,但作业时应尽量避免烈日暴晒或雨水淋湿。
(2)参考站各项参数设置是在控制手薄中进行。
(如参考椭球坐标系、中央子午线、截止高角度、天线高、天线类型、广播格式、对于电台,还应设置电台的波特率、电台的发射模式、电台的抗干扰性以及电台的功率和频率等)。
只有参考站参数设置正确,才能保证RTK正确运行。
(3)参考站工作期间,工作人员不能远离,确保参考站保持稳定,要间隔一定时间检查设备工作状态,对不正常情况及时作出处理。
在使用无线电通讯设备时应远离参考站10米以外。
(4)由于参考站除了GPS设备耗电外,还要为RTK电台供电,因此参考站要采用12V的电瓶供电,保持参考站持续稳定运行。
如果采用无线通讯模式(GPRS/CDMA),办理通讯卡时要求只作上网使用,不具备通话功能。
在工作期间,应保持通讯卡有足够的流量。
6流动站的设置要求
6.1流动站作业准备
(1)在RTK作业前,应首先检查控制手薄内存卡容量能否满足工作需要。
(2)由于RTK作业耗电量大,工作前,应备足电源。
(3)应在室内将需要测设的数据文件(如线路道路参数、各结构物特征点坐标等)输入或拷贝到流动站的控制手薄中。
6.2流动站配置
在参考站启动成功,并且差分数据能正常发射后,技术人员应在参考站旁边安装并架设好流动站,利用控制手薄正确配置流动站参数。
参考站和流动站的项目(任务)设置参数应准确无误。
根据不同仪器类型而设置不同,作业时要严格按各仪器配套操作手册要求进行参数设置。
(1)流动站一般是固定在2米高的碳纤对中杆上面;如果采用其他类型的对中杆支架,应精确测量对中杆尖端至天线底部的长度。
(2)查看“坐标系统管理”里各项参数是否与基准站的设置一样,如果不一样就改过来。
(3)配置流动站截止高角度、天线高度(一般为2米),其余各项参数视所使用的仪器类型及RTK作业模式等具体而定。
(4)启动流动站,流动站能实现初始化并得到固定解之后,才表明参考站与流动站连接成功,流动站能正常接收差分数据。
此时技术人员可以离开参考站去进行下一步的测量工作。
6.3流动站作业要求
(1)由于流动站一般采用缺省2m流动杆作业,当高度不同时,应及时修正此值。
(2)一个测区在首次使用在RTK进行施工放样前,应进行点校正工作。
以后该测区就不需要进行点校(但可以每半年或一年重新进行一次校正),也就是一个测区进行一次点校正即可。
(详见RTK点校正工作流程及注意事项)。
对于同种型号的仪器,可以将点校正文件互相拷贝,不需要每台都进行外业点校正。
(3)流动站作业范围应在作业文件所规定的范围之内进行,作业文件就是测量前根据工程项目情况建立的文件,包含文件名、参考站和流动站所设置的各项参数(坐标系统、中央子午线、当地坐标和高程转换参数等)。
一个工程项目如果线路较长(大于20km),就可能建立二个或多个作业文件,每个作业文件中所建立的参数可能不同(如中央子午线不同、当地坐标转换参数和高程转换参数存在不同)。
(4)RTK施工放样前,应进行初始化,即控制手簿上显示必须是固定解时才表示初始成功(显示为浮动解或单点解时均不能进行测量。
注:
浮动解表示流动站正在进行初始化,应进行等待;单点解表示流动站与参考站之间的数据链已断开,流动站不能正确接收参考站的数据进行差分,此时,应检查流动站的设置,如果设置正确而参考站还在正常工作,则说明放样点处信号不是很好,技术人员应耐心等待。
)初始化方式有二种(即静态和OTF),在工程施工放样时,一般采用静态进行初始化。
而OTF初始化是指流动站在运动中解算整周模糊度,一般是在测量船、汽车等运动载体上使用。
(5)对于测量精度要求不高的项目(如地界桩放样),在信号受影响的点位(如树木较多、建筑物旁边等情况),为提高效率,可将流动站接收机先移到开阔处或升高天线,待数据链锁定后,再小心无倾斜地移回到要放样的待定点处或放低天线,这样一般可以初始化成功。
(6)在观测过程中,流动站接收机应保持对所有可见卫星进行连续跟踪,并保持能锁定5颗以上的卫星数,保持PDOP值小于6。
对于断面测量,可适当放大PDOP值(小于8)。
流动站一旦失锁造成跟踪卫星数下降到4颗以下时,应重新初始化后再进行测量。
可以从控制手薄上查看流动站所接收的GNSS卫星在空中分布状况及各个观测卫星的参数(如可见卫星号、方位角、高度角和信噪比等)。
选择卫星数较多、卫星状况良好时段进行测量。
图1星空图列表图2卫星状态
(7)流动站控制手薄上显示的均方根(RMS)值可反映RTK定位的观测值精度。
在手簿中RMS的值达到1cm以上时,应当慎重对待,其观测误差可能达几厘米左右,此时应分析原因,重新放样。
(8)从仪器的标称精度(平面10mm+1ppm;高程20mm+1ppm)可得流动站距参考站越远时,产生的误差就越大,故用常规的单基站进行RTK施工测量时,平原地区流动站一般距参考站5km范围内作业,山区一般在3km范围内作业。
对于CORS网络RTK作业,没有距离限制,只要在CORS网覆盖范围内就可进行测量。
(因为CORS中的VRS技术,相当于将多个固定连续运行的参考站在移动站附近模拟产生一个物理上并不存在的虚拟参考站(VRS)的观测数据,与移动站间进行载波相位差分改正,实现实时RTK。
由于VRS位置通过流动站接收机的单点定位解来确定,故虚拟参考站与移动站构成的基线通常只有几米到十几米,这么短的距离产生的误差极小)。
(9)对于参考站为自由设站时(即参考站架设在未知点上),在每次重新架设参考站或重新启动参考站,RTK进行测量作业前,必须先进行“重置当地坐标”的工作,也就是在自启动参考站后,移动站在一已知控制点进行测量,然后将进行坐标平移,只做坐标平移(X、Y、H),而原测区的点校正的旋转和缩放比例参数是不变的,重新架设参考站或重新启动参考站后,只是流动站相对参考站的坐标的平移参数发生了变化。
(详见重置当地坐标作业流程及注意事项)。
对于在已知点上架设参考站时,因为已知点上有当地的坐标及高程,就不需要进行这步工作,但RTK要作高程放样时,应精确量取参考站上的卫星接收机天线高。
对于CORS网络RTK时,因CORS固定多基站且连续运行,也不需要进行这步工作。
(10)为了加强RTK测量的检核,在RTK每一个作业时间段(即在同一参考站连续运行期间)开始或结束时,应对放样区内的一或二个已知控制点进行检核,检核坐标与设计坐标进行比较,较差值应满足下表:
表1已知控制点检测限差
检测点名称
平面坐标较差(mm)
高程较差(mm)
FX
FY
平面控制点
15
15
水准点
30
也就是,参考站每次启动后进行RTK施工放样前,要对一或二个控制点进行检核,在参考站搬站或关机前,再次对一或二个控制点进行检核。
检核结果要满足上表要求,否则应进行分析原因。
对于使用CORS网络,也应在首次放样前和工作结束(收工回家)前进行与上一样的工作。
(11)参考站搬站时,流动站必须结束测量。
当参考站在另一站点正常启动后,再启动流动站接收机,按上述要求继续进行RTK测量。
(12)由于RTK测量有时会出现点位坐标漂移误差,当按设计要求进行RTK作业时,在距离和测回数都按设计掌握时,仍有部分测点超限时,只有通过减小测距和增加测回数加以解决。
(13)对于桥桩基放样、承台及路基中线施工放样时应进行2~3测回观测(测回数是指流动站完成初始化并进行定位的次数),测回间应对流动站重新进行初始化,测回间的时间间隔应超过60s,测回间的平面坐标分量较差不应超过1.5cm,垂直坐标分量较差不应超过2.5cm,取分中点为所放样点。
流动站在每一测回观测时间应设为大于10s以上。
有必要时流动站应架设对中杆支架。
对于断面、边桩测设进行1测回观测,观测时间可设为5s。
(14)当流动站初始化时间超过5min仍不能获得固定解时,宜断开通信链路,重新启动流动站接收机,再进行初始化。
如果仍不能固定或连续出现数据链丢失、而周围又无干扰源时,应及时与参考站联系,查看电台电源情况;对于无线通讯(GPRS/CDMA通讯)模式或CORS模式,应查看通讯卡的流量是否足够;对于CORS网络,应及时与CORS中心联系,查明原因。
(15)在穿越树林、灌木林时,应注意天线和电缆勿挂破、拉断,保证仪器安全。
(16)流动站杆的水准气泡应定期进行检核,确保流动杆的垂直度和水准气泡的准确。
如当天线高2m,倾斜10°时,定位精度可影响3.47cm。
(17) RTK作业应尽量在天气良好的状况下作业,要尽量避免雷雨天气。
夜间作业精度一般优于白天。
(18)流动站作业时,不得在10米范围内使用无线通讯设备(手机或对讲机),不得在高压线50米之内、移动发射塔200米之内等强磁场区进行测量。
7GNSSRTK点校正
RTK实时测量以其高精度、高效率、宽广的应用范围极受测量界的亲眯,得到了空前的关注。
结合目前GNSS定位在民用的技术水平,如何将上述优势淋漓尽致的体现出来,其中一个重要的技术环节就是正确、实时地求取地方坐标转换参数。
我们知道,RTK定位提供的WGS84大地坐标在大多数工程应用中没有太大意义。
实际需要将GNSS观测的WGS-84坐标转换为国家平面坐标(如BJ54、西安80、国家2000)或者工程独立坐标。
对于WGS84到我们所需要的坐标系之间的转换,我们可以采用高斯投影的方法,这时需要确定两个大地测量基准之间的转换参数(三参数或七参数),需要定义三维空间直角坐标轴的偏移量和旋转角度并确定尺度差。
但通常情况下,对于一定区域内的工程测量应用,我们往往利用测区内已有的控制点成果采用尔莎模型、一步法模型或海尔曼特等模型求取“区域性”的地方转换参数,点校正即能实现这一转换过程。
高程转换一般采用考虑大地水准面模型(EGM96模型或OSU91A模型或CGO1C模型)的分段拟合法。
7.1RTK点校正对测区内控制点的要求
(1)对于线路工程而言,计算转换参数应分段进行。
每个测段长度应小于20km,相邻2个测段间至少应有2个公共控制点参与计算各自测段内的转换参数。
(2)每个测段内控制点的数量应足够。
一般来讲,平面控制点应至少4个,高程
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- RTK 施工 测量 作业 要求