利用全站仪和RTK技术进行工程放样的比较

利用全站仪和RTK技术进行工程放样方法的比较杨纲张想平兰州城市建设设计院730030[摘要]：本文主要讨论了利用全站仪和RTK技术进行工程放样方法的原理，并就两种放样方法在准备工作、放样过程、工作效率及其放样方法优缺点等方面进行了比较。并就实际工作中RTK技术遇到的问题进行了分析，并提出了合理的建议。[关键词]：全站仪RTK技术工程放样比较一、引言我们知道，工程测量工作主要包括三个方面：其一是测绘，即在某一坐标系统中根据已知控制点来测定空间（包括地面、地下、空中）已有离散点的地理位置；其二是测设，也就是我们平常所说的工程放样，它是根据工程设计中某一特征点的设计坐标和高程将该点在实地标定出来，例如道路放样、建筑放样等；其三是监测，即连续或定期观测已知点的动态变化等，例如变形监测、沉降监测等。在实际工程建设中，测设工作（即工程放样）是一个非常重要的组成部分。现代测绘界中工程放样的方法主要有两种，即利用全站仪进行工程放样，或者采用RTK技术（Realtimekinematic，实时动态差分技术）进行工程放样。本文就两种工程放样方法的原理及在准备工作、放样过程、工作效率及其优缺点等方面作以比较。二、工程放样方法的原理如前文所述，工程放样是根据工程设计条件将设计点位在实地标定出来。在实际的工程放样中，我们可以将已知条件和放样工程点的设计坐标，通过计算已知边和待定边的坐标方位角，转换为已知边和待定边的夹角并计算出待定边的边长，应用极坐标的原理来进行放样；我们也可以根据已知条件，通过已知控制点和放样工程点的设计坐标，应用直角坐标的原理直接放样出该工程点的点位。第一种放样原理是一种常规的放样方法。由于全站仪能够随时测量出点与点之间的方位角和距离，因此很容易通过已知点和待测点的相对关系，将待测点进行放样。第二种原理，即目前我们通常采用RTK技术来进行放样。RTK技术是全球卫星导航定位技术与数据通讯技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术，它能够实时地测站点在指定坐标系中的三维定位结果。其主要有两部分组成，即基准站和流动站。基准站连续把观测到的卫星数据发射出去,流动站采集卫星观测数据，并通过数据链接收来自基准站的数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，通过坐标转换方法将观测到的地心坐标转换为指定坐标系中的平面坐标、高程和精度指标。并能够解算出流动站与放样点之间的地理方位，从而指导我们进行点位放样。三、两种工程放样方法过程的比较利用全站仪技术进行点位放样和利用RTK技术进行点位放样不同的原理，决定了两种放样不同的工作流程，我们可以从以下几个方面作以比较：1.两种放样方法准备工作的比较利用全站仪技术进行放样工作前，如果在放样点的周围已经存在着两个以上相互通视的已知控制点，我们可以根据实地的地形状况，选择有利于放样工作的一个已知点作为测站点，选择另一个和测站点通视的已知点作为方向点。通过两个已知点和待测点所在边的坐标方位角转换，提前计算出待定边的边长和坐标方位角，作为点位放样的准备工作。这样，在现场我们就可以根据内业计算的结果，优质高效的完成点位放样工作。如果在放样点的周围不存在已知控制点，我们就必须根据测区的已知条件进行控制网的加密，在放样点的周围测设出两个以上相互通视的控制点，再进行放样的准备工作。这几年来，由于所使用的清华三维EPSW测图软件提供了十分便捷的导线点和碎部点测量方法。我们通常采用EPSW测图软件中导线测量的方法，实时的测量出导线点的坐标，现场计算出点位放样元素，指导放样工作的进行。ABABABxytg公式1ABABABABABxyScossin公式222ABABAByxS公式3其中：ABABxxx，ABAByyy利用RTK技术进行点位放样的准备工作相对简单。我们知道，GPS定位技术直接测取的是WGS-84坐标系下的点位坐标。在实际应用时，我们必须先要解算出WGS-84坐标系和地方坐标系的七个坐标转换参数，这样RTK技术在实际工作中才能够实时获取到在地方坐标系下的点位坐标。mKZYXZYXZYXZYXAAAAAABBB公式4其中AAAAAAAAAZXYYXZXYZK000公式5AX、AY、AZ为某点在WGS-84坐标系下的坐标，BXBYBZ为该点在地方坐标系下的坐标；AX、AY、AZ为平移参数，XY、Z为旋转参数，m为尺度因子。对于这七个坐标转换参数的解算，我们可以先在GPS计算软件中输入三个或三个以上已知控制点在地方坐标系下的坐标，并在测区现场通过测取这三个已知控制点在WGS-84坐标系下的坐标来解算求的。由于我们通常在应用GPS技术作控制测量时，能够同时获取控制点在WGS-84坐标系下和地方坐标系下的两套坐标值，这样我们可以选择测区范围内比较合适的三个或三个以上的控制点，并将其在WGS-84坐标系和地方坐标系的坐标值同时输入到GPS接收软件中，在测区现场架设仪器并设置好基准站和流动站以后，就可以打开GPS随机软件坐标参数解算程序，选择以上输入的控制点，解算出这七个坐标转换参数，从而完成了RTK技术进行点位放样前的准备工作。2.两种放样方法过程的比较无论是利用全站仪技术还是利用RTK技术进行点位放样，最终的目的是都要将点位在实地标识出来。由于两种放样点位的方法进行放样的原理和使用的仪器不同，决定了两种放样方法的过程截然不同。利用全站仪进行放样时，必须在放样点周围要有两个或两个以上相互通视的已知控制点。如果没有已知控制点，可以用导线测量的方法在放样点周围测设出两个相互通视的已知控制点。然后将全站仪架设在与放样点通视的已知控制点上，并以另一个已知控制点作为后视方向点，将全站仪水平角读数设置为零（即方向零设置），然后就可以根据内业计算出的放样数据实施放样。在放样过程中，先拨定水平夹角，并指挥工作人员调节前视的距离和方向，最终放样出放样点的点位。利用RTK技术进行点位放样时，在放样点周围则不需要已知控制点。放样开始前，先要在整个测区周围选择一个比较适宜的控制点（选择在相对安全，易于发射基准站信号的地方）来架设基准站。如果是在现场进行控制点匹配，这个控制点可以是未知控制点；如果是内业输入数据进行匹配，这个控制点则必须是匹配点之一的已知控制点。在完成基准站的设置之后，根据准备工作阶段的情况进行数据匹配，在确定七个转换参数的解算符合精度要求以后，我们就可以进行点位的放样。这时，GPS流动站根据基准站发射的卫星信号和数据，实时差分解算出GPS流动站与放样点的地理方位和距离，并随时显示在GPS电子手簿上，我们可以根据GPS电子手簿上显示的数据，通过不断调节地理方位和距离，最终放样出其点位。3.两种放样方法优缺点的比较利用全站仪进行点位放样必须要求测站点和前后视距通视，在放样点和已知控制点不通视时，往往要进行大量的导线测量，无形中加大了工程放样的工作量，而且随着导线测量步骤的反复进行，待测点位的精度也会受到影响。利用RTK技术进行放样，不需要放样点和已知控制点之间通视，工作量相对小，并且需要的人力少，一般有三到四个人就可以完成。但是，由于受高大的建筑物、变压器和通讯发射塔造成的多路径效应和屏蔽现象，给RTK数据链的传输和观测精度造成很大的影响，有时长时间得不到固定解，使RTK技术在城市繁华区的应用受到了很大的限制。四、结束语本文主要讨论了利用全站仪和RTK技术进行工程放样方法的原理，并就两种放样方法在准备工作、放样过程、工作效率及其放样方法优缺点等方面进行了比较。通过比较，RTK技术有控制点无需通视，定位精度高，观测时间短，操作简便等优点。但在实际工作中，RTK技术的应用会受到诸多因素的影响，如卫星信号不稳定，视场内障碍物的高度角低于15度，控制点附近200米之内有大功率无线电发射源，或者周围有强烈反射卫星信号的高层建筑时，都会对测量结果带来很大的影响，甚至会造成工作难以开展。因此，在实际工作中，我们应该具体分析项目所在地的具体情况，在周围环境宽阔，无障碍物的情况下使用RTK技术进行工程的测设；而在城市中高楼密集、四周有障碍物的情况下使用全站仪。或者对两种方法进行结合，在待测区附近的开阔地带，用RTK技术进行控制点的测设，然后用全站仪将控制点引入测区，以便提高待测点精度和工作效率，高效、快捷的完成工项目的测设任务。[参考文献]：1，田青文，《测量学》，北京：地质出版社，1995；2，周忠谟，易杰军等，《GPS卫星测量原理与应用[M]》，北京：测绘出版社，1997；3，《TOPCON/JAVADGPS实时动态测量（RTK）系统工程测图放样软件操作手册》…………………北京合众合拓普科技发展有限公司。