【分享】網絡RTK在管線測量中的定位情況及精度分析
日期:2018-06-04 瀏覽

[摘 要] 針對傳統測量技術方法對管線進行測量時,存在測量效率低,精度較難控制以及耗費大量人力物力等一系列問題,文章介紹了網絡RTK在管線測量中的應用并以山東省泰安市某市政管線工程為例進行了研究,制定了合理的觀測方案和數據處理方法,測量內容包括對管線測區地形圖、管線中線的縱斷面的測量、對管線中線點的放樣以及為施工控制點的測設,并分別從平度精度與高程精度分析了網絡RTK的精度,以驗證網絡RTK在管線測量中的可靠性。


[關鍵詞] 網絡RTK;管線測量;精度分析


0 引言


地下管線測量是城市基礎設施建設重要環節,可以對城市地下空間資源有效的利用,對建設“智慧城市”具有十分重要的意義[1]。傳統的管線測量技術存在諸多弊端,目前網絡RTK 的使用,由于其精度高、實時靈活、工作效率高的優點,大大減輕了管線工程中測量和放樣的工作量,逐步取代了原有的傳統測量技術方法。網絡RTK應用于管線工程測量,主要包括管線縱橫斷面圖測量,帶狀地形圖的測繪,管線中線的測設等。網絡RTK 作為地下管線測量的關鍵環節,對整體的測量精度起決定性作用[2]相對于傳統的地下管線測量方式來說,網絡RTK的優勢更加明顯,具有操作簡單、單人單機測量作業、作業范圍大等特點[3-5]


本文以南方銀河1網絡RTK接收機為研究對象,測量工程中重點做了管線中線的定線測量與縱橫斷面測量兩個方面,并結合工程后實際的測量試驗數據,對網絡RTK在管線測量中的測量精度進行了分析。


1 工程實例


1.1 工程概況

本次工程在泰安市高新技術產業開發區內進行。受測區市政和建設局委托,對配天門大街以南,龍泉路以西地塊中的規劃一號路和規劃二號路的附屬管線進行了排水、給水、燃氣、電力、通信及其它各種地下管線及管線附屬設施的位置與屬性的普查。測區范圍內地形復雜,網絡RTK技術可以勝任此次管線測量任務。


本次管線測量工程中,所使用的儀器主要有:南方銀河1三星GNSS接收機2臺,Nikon全站儀1臺,Leica DS3水準儀1臺,BOSCH DLE40手持測距儀2臺,RD8100地下管線探測儀1臺。


1.2 設計與作業依據

(1)《城市測量規范》CJJ/T 8-2011;


(2)《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖圖式》(DBJ440100/T 230-2015);


(3)《山東省GNSS RTK 城市測量技術規程》(TMS/SV19-B-2013);


(4)其它相關規范、規程。


1.3 測量工作流程

地下管線測量主要包括了測區控制點檢校與測量、管線中線點測量、帶狀地形圖修測等內容,具體的工作流程見圖1。


圖1 地下管線測量工作流程圖


2 網絡RTK對管線工程進行測量


2.1 控制點布設與測量

山東省的SDCORS系統(即山東省連續運行衛星定位服務系統)已非常成熟,網絡RTK 是CORS的基礎用途[6]。故本項目中控制點的布設與測量主要采用網絡RTK 的布設,在此基礎上開展圖根導線測量。


網絡RTK測量工作要點:

(1)網絡RTK測量作業觀測環境應符合表1的規定。


表1 網絡RTK作業觀測環境要求


(2)由于網絡RTK技術的可靠性,三級控制點和圖根控制點均可由其布設,并且高程可直接利用。


(3)布設控制點時應該觀測的測回數至少為3次,且控制點的通視情況應保證不少于三個的連續通視點。相鄰點三級點之間的距離應不小于200m,相鄰圖根點之間的距離應不小于100m[7]


(4)測量數據必須保證是在固定解狀態下方可記錄。單次測回應滿足點位平面殘差HRMS≤±2cm,高程殘差VRMS≤±3cm,網絡RTK測量控制點測回間觀測記錄的時間間隔不應小于一分鐘[8]。取各次合格數據的平均值為最終結果。


(5)進行RTK 控制測量當天,應至少進行一個已知點檢測以確保系統和儀器軟硬件工作正常。檢核點應該位于管線測區范圍內,且較差應滿足平面≤±5cm、高程≤±8cm。


(6)網絡RTK 測量的平面控制點檢核應符合表2的規定。


表2 網絡RTK平面控制點檢核測量要求

注:表中n為測站數


(7)網絡RTK 測量控制點高程校核應滿足表3的要求。


表3 控制點高程校核要求


(8)進行大面積的網絡RTK控制測量,應對10%以上的控制點作分時段的重復測量[9],且滿足如下要求:兩次重復測量時段應間隔2小時以上,兩次的平面互差應≤±5cm,高程較差應≤±8cm。


(9)圖根點:RTK 圖根點點號按“V”+三位順序號進行編號,其中:“V”表示RTK點,順序號由001開始往上累計。點位應選在便于觀測、點位穩定、易于保存不妨礙交通的路面上,用不銹鋼釘或水泥釘,泥地采用木樁,地面標記清晰,實地綁點,不畫點之記。


(10)SDCORS三級控制點:點號按“IIIV”+三位順序號進行編號,“IIIV”表示測區三級RTK點,“順序號”由1開始往上累計,為三級點流水號。由于是為單一工程服務,三級點布設在地面的埋設不銹鋼釘,布設在樓頂的埋設水泥釘,不畫點之記。


2.2 圖根導線施測

在城市基本控制網或新布設三級點、圖根點的基礎上,進行附和導線測量。圖根點測量技術要求應符合表4。


表4 圖根導線測量的技術要求

表5 GNSS測量坐標與已知坐標對比表


2.3 管線點測量

管線點的平面位置測量,使用全站儀以導線穿連法進行。管線點高程測量以三角高程法進行,其精度和技術要求按《城市地下管線探測技術規程》規定執行[10]。地下管線點測量的點位中誤差≤±5cm,高程中誤差≤±3cm。


2.4 帶狀地形圖修測

帶狀地形測量的基本規定如下:

(1)1∶500地形圖覆蓋了測區一定范圍,可在此基礎上進行帶狀地形修測;


(2)對于僅有1∶2000地形圖的圖幅,應按規定對管線兩側進行帶狀地形的測繪;


(3)帶狀地形圖測繪的范圍和內容按照《城市地下管線探測技術規程》[11]執行,參照市1:500測圖標準;


(4)作業小組間地形測量圖幅接邊時必須測到本組圖幅外的10m,并按規定保證接邊質量。


3 測量成果的精度分析


為檢驗網絡RTK在市政管線工程中的定位情況,本次管線測量工程完成后在測區采用水準控制測量和導線控制測量方法并結合該區域內保存比較完好的高等級城市控制點[12],選取74個地物點進行嚴格的解算,求得坐標和高程,同時使用網絡RTK 技術對這些點進行測量,并對結果進行比較和精度分析。


3.1 平面精度分析

導線測量并結合測區范圍內保存完好的高等級控制點,將導線解算成果作為檢核中線點的已知坐標,選取74個位置較為明顯的點位作為檢核點,采用網絡RTK接收機測量的成果與已知坐標進行對比,作為平面精度的檢核,如表5所示。


為了更加直觀的了解網絡RTK在測區的定位精度,對測量誤差分別進行X、Y 方向上的數學統計分析。如圖3所示。

圖2 網絡RTK測量坐標與已知坐標差值變化圖

圖3 網絡RTK測量誤差分布區間統計圖


由上圖可以看出:

(1)網絡RTK測量X、Y 方向上的誤差分布大體呈正態分布,統計顯示均分布在-0.04m至0.04m之間。


(2)管線點導線測量坐標與網絡RTK測量得到的坐標相比較,縱坐標最大差值ΔX 為0.055m,橫坐標最大差值ΔY 為0.052m,最大的點位誤差值為0.063m。


(3)根據中誤差計算公式計算出本次管線測量工程的中誤差為:X 方向為±0.0303m,Y 方向為±0.0294m。


3.2 高程精度分析

結合測區內保存完好的高等級的水準控制點,對上述作平面檢核的中線點采用水準測量的方法進行水準控制測量,把解算平差之后的結果作為已知高程。采用已知高程與網絡RTK信號接收機的測量結果相比較作為檢核高程相對精度的方法,如表6所示。為了直觀的表示每個中線點的相對高程誤差,以網絡RTK測量結果與已知高程的差值作為縱軸,以觀測中線點號順序作為橫軸,繪制中線點測量誤差曲線圖,如圖4所示。


表6 已知高程與GNSS測量高程對比表


圖4 檢測點GNSS高程測量結果與已知高程差值示意圖


為了更加直觀的了解網絡RTK在測區的定位精度,對測量誤差分別進行H 方向上的數學統計分析。如圖5所示。


圖5 測區內GNSS高程測量誤差分布區間統計圖


由上圖可以看出:

(1)高程測量誤差大都分布在-0.04m 至0.04m之間。


(2)水準測量的高程與網絡RTK 測量的高程相比較,最大高程差值ΔH 為0.056m。


(3)通過中誤差計算可知,測量中誤差為±0.0315m。


4 結束語


本次工程所在測區有較大面積的樹林和房屋覆蓋,且其中分布有河流和高壓輸電線路,這在一定程度上影響了網絡RTK 測量的精度,但對于確定管線位置和走向,明確地表附屬物,對于后續因拆遷施工做準備的初測而言完全滿足要求。網絡RTK定位精度高,工作效率高,作業范圍大,實時測量定位方便快捷。


利用網絡RTK 進行圖根控制點測量,或者直接在測區內進行測圖,打破了傳統的測量作業模式。網絡RTK測量方法的使用減輕了管線測量放樣的外業工作量,提高了外業采集數據的效率,網絡RTK在在管線測量中具有更高的穩定性和可靠性。

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