【分享】网络RTK在管线测量中的定位情况及精度分析
日期:2018-06-04 浏览

[摘 要] 针对传统测量技术方法对管线进行测量时,存在测量效率低,精度较难控制以及耗费大量人力物力等一系列问题,文章介绍了网络RTK在管线测量中的应用并以山东省泰安市某市政管线工程为例进行了研究,制定了合理的观测方案和数据处理方法,测量内容包括对管线测区地形图、管线中线的纵断面的测量、对管线中线点的放样以及为施工控制点的测设,并分别从平度精度与高程精度分析了网络RTK的精度,以验证网络RTK在管线测量中的可靠性。


[关键词] 网络RTK;管线测量;精度分析


0 引言


地下管线测量是城市基础设施建设重要环节,可以对城市地下空间资源有效的利用,对建设“智慧城市”具有十分重要的意义[1]。传统的管线测量技术存在诸多弊端,目前网络RTK 的使用,由于其精度高、实时灵活、工作效率高的优点,大大减轻了管线工程中测量和放样的工作量,逐步取代了原有的传统测量技术方法。网络RTK应用于管线工程测量,主要包括管线纵横断面图测量,带状地形图的测绘,管线中线的测设等。网络RTK 作为地下管线测量的关键环节,对整体的测量精度起决定性作用[2]相对于传统的地下管线测量方式来说,网络RTK的优势更加明显,具有操作简单、单人单机测量作业、作业范围大等特点[3-5]


本文以南方银河1网络RTK接收机为研究对象,测量工程中重点做了管线中线的定线测量与纵横断面测量两个方面,并结合工程后实际的测量试验数据,对网络RTK在管线测量中的测量精度进行了分析。


1 工程实例


1.1 工程概况

本次工程在泰安市高新技术产业开发区内进行。受测区市政和建设局委托,对配天门大街以南,龙泉路以西地块中的规划一号路和规划二号路的附属管线进行了排水、给水、燃气、电力、通信及其它各种地下管线及管线附属设施的位置与属性的普查。测区范围内地形复杂,网络RTK技术可以胜任此次管线测量任务。


本次管线测量工程中,所使用的仪器主要有:南方银河1三星GNSS接收机2台,Nikon全站仪1台,Leica DS3水准仪1台,BOSCH DLE40手持测距仪2台,RD8100地下管线探测仪1台。


1.2 设计与作业依据

(1)《城市测量规范》CJJ/T 8-2011;


(2)《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》(DBJ440100/T 230-2015);


(3)《山东省GNSS RTK 城市测量技术规程》(TMS/SV19-B-2013);


(4)其它相关规范、规程。


1.3 测量工作流程

地下管线测量主要包括了测区控制点检校与测量、管线中线点测量、带状地形图修测等内容,具体的工作流程见图1。


图1 地下管线测量工作流程图


2 网络RTK对管线工程进行测量


2.1 控制点布设与测量

山东省的SDCORS系统(即山东省连续运行卫星定位服务系统)已非常成熟,网络RTK 是CORS的基础用途[6]。故本项目中控制点的布设与测量主要采用网络RTK 的布设,在此基础上开展图根导线测量。


网络RTK测量工作要点:

(1)网络RTK测量作业观测环境应符合表1的规定。


表1 网络RTK作业观测环境要求


(2)由于网络RTK技术的可靠性,三级控制点和图根控制点均可由其布设,并且高程可直接利用。


(3)布设控制点时应该观测的测回数至少为3次,且控制点的通视情况应保证不少于三个的连续通视点。相邻点三级点之间的距离应不小于200m,相邻图根点之间的距离应不小于100m[7]


(4)测量数据必须保证是在固定解状态下方可记录。单次测回应满足点位平面残差HRMS≤±2cm,高程残差VRMS≤±3cm,网络RTK测量控制点测回间观测记录的时间间隔不应小于一分钟[8]。取各次合格数据的平均值为最终结果。


(5)进行RTK 控制测量当天,应至少进行一个已知点检测以确保系统和仪器软硬件工作正常。检核点应该位于管线测区范围内,且较差应满足平面≤±5cm、高程≤±8cm。


(6)网络RTK 测量的平面控制点检核应符合表2的规定。


表2 网络RTK平面控制点检核测量要求

注:表中n为测站数


(7)网络RTK 测量控制点高程校核应满足表3的要求。


表3 控制点高程校核要求


(8)进行大面积的网络RTK控制测量,应对10%以上的控制点作分时段的重复测量[9],且满足如下要求:两次重复测量时段应间隔2小时以上,两次的平面互差应≤±5cm,高程较差应≤±8cm。


(9)图根点:RTK 图根点点号按“V”+三位顺序号进行编号,其中:“V”表示RTK点,顺序号由001开始往上累计。点位应选在便于观测、点位稳定、易于保存不妨碍交通的路面上,用不锈钢钉或水泥钉,泥地采用木桩,地面标记清晰,实地绑点,不画点之记。


(10)SDCORS三级控制点:点号按“IIIV”+三位顺序号进行编号,“IIIV”表示测区三级RTK点,“顺序号”由1开始往上累计,为三级点流水号。由于是为单一工程服务,三级点布设在地面的埋设不锈钢钉,布设在楼顶的埋设水泥钉,不画点之记。


2.2 图根导线施测

在城市基本控制网或新布设三级点、图根点的基础上,进行附和导线测量。图根点测量技术要求应符合表4。


表4 图根导线测量的技术要求

表5 GNSS测量坐标与已知坐标对比表


2.3 管线点测量

管线点的平面位置测量,使用全站仪以导线穿连法进行。管线点高程测量以三角高程法进行,其精度和技术要求按《城市地下管线探测技术规程》规定执行[10]。地下管线点测量的点位中误差≤±5cm,高程中误差≤±3cm。


2.4 带状地形图修测

带状地形测量的基本规定如下:

(1)1∶500地形图覆盖了测区一定范围,可在此基础上进行带状地形修测;


(2)对于仅有1∶2000地形图的图幅,应按规定对管线两侧进行带状地形的测绘;


(3)带状地形图测绘的范围和内容按照《城市地下管线探测技术规程》[11]执行,参照市1:500测图标准;


(4)作业小组间地形测量图幅接边时必须测到本组图幅外的10m,并按规定保证接边质量。


3 测量成果的精度分析


为检验网络RTK在市政管线工程中的定位情况,本次管线测量工程完成后在测区采用水准控制测量和导线控制测量方法并结合该区域内保存比较完好的高等级城市控制点[12],选取74个地物点进行严格的解算,求得坐标和高程,同时使用网络RTK 技术对这些点进行测量,并对结果进行比较和精度分析。


3.1 平面精度分析

导线测量并结合测区范围内保存完好的高等级控制点,将导线解算成果作为检核中线点的已知坐标,选取74个位置较为明显的点位作为检核点,采用网络RTK接收机测量的成果与已知坐标进行对比,作为平面精度的检核,如表5所示。


为了更加直观的了解网络RTK在测区的定位精度,对测量误差分别进行X、Y 方向上的数学统计分析。如图3所示。

图2 网络RTK测量坐标与已知坐标差值变化图

图3 网络RTK测量误差分布区间统计图


由上图可以看出:

(1)网络RTK测量X、Y 方向上的误差分布大体呈正态分布,统计显示均分布在-0.04m至0.04m之间。


(2)管线点导线测量坐标与网络RTK测量得到的坐标相比较,纵坐标最大差值ΔX 为0.055m,横坐标最大差值ΔY 为0.052m,最大的点位误差值为0.063m。


(3)根据中误差计算公式计算出本次管线测量工程的中误差为:X 方向为±0.0303m,Y 方向为±0.0294m。


3.2 高程精度分析

结合测区内保存完好的高等级的水准控制点,对上述作平面检核的中线点采用水准测量的方法进行水准控制测量,把解算平差之后的结果作为已知高程。采用已知高程与网络RTK信号接收机的测量结果相比较作为检核高程相对精度的方法,如表6所示。为了直观的表示每个中线点的相对高程误差,以网络RTK测量结果与已知高程的差值作为纵轴,以观测中线点号顺序作为横轴,绘制中线点测量误差曲线图,如图4所示。


表6 已知高程与GNSS测量高程对比表


图4 检测点GNSS高程测量结果与已知高程差值示意图


为了更加直观的了解网络RTK在测区的定位精度,对测量误差分别进行H 方向上的数学统计分析。如图5所示。


图5 测区内GNSS高程测量误差分布区间统计图


由上图可以看出:

(1)高程测量误差大都分布在-0.04m 至0.04m之间。


(2)水准测量的高程与网络RTK 测量的高程相比较,最大高程差值ΔH 为0.056m。


(3)通过中误差计算可知,测量中误差为±0.0315m。


4 结束语


本次工程所在测区有较大面积的树林和房屋覆盖,且其中分布有河流和高压输电线路,这在一定程度上影响了网络RTK 测量的精度,但对于确定管线位置和走向,明确地表附属物,对于后续因拆迁施工做准备的初测而言完全满足要求。网络RTK定位精度高,工作效率高,作业范围大,实时测量定位方便快捷。


利用网络RTK 进行图根控制点测量,或者直接在测区内进行测图,打破了传统的测量作业模式。网络RTK测量方法的使用减轻了管线测量放样的外业工作量,提高了外业采集数据的效率,网络RTK在在管线测量中具有更高的稳定性和可靠性。

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