面向数据分析下建筑工程控制测量中RTK技术的应用研究
李志光
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李志光,. 面向数据分析下建筑工程控制测量中RTK技术的应用研究[J]. 建筑技术学报,20217. DOI:10.12721/ccn.2021.157061.
摘要: RTK技术一般借助构建流动站与基准站方式,连接于GPS定位系统,借助信息技术对施工位置3D坐标进行确定。之后向网络平台传输坐标信息,开展施工图纸绘制工作,保证建筑项目前期测量与测绘任务顺利完成。对此,本文阐述了RTK原理,介绍了借助全站仪构建一级控制网,提出了数据采集要点,分析了Pythoon数据。
关键词: 数据分析;建筑工程测量;RTK技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157061
基金资助:

开展建筑施工活动前,施工企业安排测量人员勘察测量现场环境,对施工风险因素进行分析。之后根据建筑项目高于现场情况科学编制施工方案,保证建筑项目效率与质量。而传统人工测量方法的误差问题较为严重,对施工安全造成一定影响。基于科技快速发展背景,REK技术优势逐渐显现[1]

1.RTK原理概述

RTK主要是借助载波相位的观测数据开展动态、实时相对定位。主要原理为,借助无线电台(数据通信链)实时发送基准站上GPS接收机采集的数据,对于周边移动站的GPS接收机不仅观测卫星,同时对基准站电台信号进行接收。最后技术人员借助计算机装置,借助实时处理接收的信号,准确计算移动站3D坐标,同时对其精度进行预估处理,最终根据相关数据信息有效开展测量测绘活动[2]

2.借助全站仪构建一级控制网

在S工程中,选择TS02PLUS2″R500全站仪构建控制网,见下图。

图片1.png

图1 S工程控制网

按照A1、A2、A3坐标点,借助控制网中方位角、边长以及角度等信息对K1—K2坐标进行推算。

借助测量数据计算平差,获得角度闭合差,即11.00″,其限差是±14.14″<26″。导线测距的中误差是0.011m<15mm,东向坐标的增量闭合差为-0.001m,北向坐标的增量闭合差为0.011m。

总边长是1501.347m,其相对闭合差是1/132028,低于1/15000,边长均值是187.660m,边长最大值是236.141m,边长最小值是140.189m。

3.数据采集

3.1现场环境

S工程位于S市郊区,地势平坦,选择相对高地设置基准站,周边视野开阔,交通便利,同时和高压输电线、变电站与微波塔距离较大,周边没有大面积水面与障碍物,可以有效接收卫星信号、传输数据,基准站周边没有反射电磁波或是吸收电磁波的物体。

3.2采集RTK数据

选择CNSS接收机采集数据,借助RTK在同一时间段中观测K1—K7网点,时间为50min,间隔时间为5s,各个点位为600个历元。基于WGS-54坐标系开展数据采集工作,开展RTK测量前,将已知控制点设置为RTK测量联测点。采用Python对各组数据方差、中位数、算术平均值以及加权平均值等进行计算。

完成基站架设工作后,选择三脚架整平建站,对所有已知点展开平滑采集处理,时间为10min,为校正工作提供依据。针对所有流动站进行三脚架架设,并进行对中整平处理,观测超出600个历元,单次观测平面的收敛精度始终保持在1cm以内[3]

4.分析Pythoon数据

4.1分析RTK采样数据

借助RTK对K1—K7数据进行采集,借助Matplotlib、PythonNum Py对不同点采集数据散点进行绘制,以K1与K2为例,见下图。

图片2.png

图2 K1与K2的坐标分布

通过上图能够发现,RTK采集数据的分布主要呈现饼状。其中,90606.218—190606.222是K1的x坐标三点数据的分布区域,220995.691—220995.695是y三点的分布区域。在11—15mm区间出现x坐标的增量高频,在8—12mm区间出现y坐标的增量高频。进行计算,x方差是2.25×10-6,y方差是4.18×10-6,具有良好离散情况。

190612.030—190612.033是K2的x坐标三点数据的分布区域,221185.673—221185.678是y三点的分布区域。在14—18mm区间出现x坐标的增量高频,在10—14mm区间出现y坐标的增量高频。进行计算,x方差是6.92×10-6,y方差是3.65×10-6,具有良好离散情况。

4.2计算RTK采样数据

按照各个点的坐标离散信息分布状况,将每毫米设置为1个区间,权重是理算数据的数量,为了将不合理离散数据排除,选择区间点数低于20的点计算加权平均值,进而得到不同点离散数据加权平均值、算术平均值以及中位数等,见下图。

表1 离散数据加权平均值、算术平均值以及中位数

11企业微信截图_20250206161638.png由于所有点中位数、加权平均值以及算术平均值比较接近,所以进行平均坐标值设定,对该点RTK获得的拟合中心坐标进行定位处理。

4.3闭合导线点和RTK拟合中心对比分析

(1)借助拟合中心对闭合线路进行反算,对不同拟合中心夹角与距离进行计算,同时和闭合导线展开对比。见下表。

表2 距离差的对比统计(部分数据)

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通过上表能够发现,拟合中心点总边长反算值是1501.35m,等线边长总值是1501.347m。通过距离对比获得拟合中心点,对闭合导线的平差与边长进行反算之后,边长差值最大值是5.9mm,其误差是1/30933,低于1/30000要求[4]

对于角度差的对比结果见下表。

表3 角度差的对比结果

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通过上表能够发现,导线平差和反算夹角的各边夹角最大差值是10.8″,具有良好拟合情况。

(2)导线平差点和反算夹角对比,见下表。

表4 对比统计情况(部分数据)

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K4的y坐标的差值为最大值,但是比导线中误差小。K7的拟合中心y值比相应导线中误差略大,其他各点能够对导线坐标进行拟合,总而言之拟合中心符合一级导线规范。

5.结语

综上所述,通过对RTK测量采集数据进行分析处理,能够得到良好点位中心坐标,其精度符合导线网精度规范,在建筑项目测量中能够替代传统导线测量方式。在实际应用过程中,需要认真勘察现场环境,对电磁信号进行充分排查,以保证RTK测量准确性。另外,需要对基础设施进行完善,结合施工需求与地形条件,合理确定流动站位置,进而提高定位信息接收以及传输准确性。

参考文献:

[1]郭玉芳,邓国庆,葛中华,何书镜,黄功文,张静,吴桐.国家标准《卫星导航定位基准站网络实时动态测量(RTK)规范》编制说明[J].测绘标准化,2020,36(04):1-4.

[2]张磊,徐聪,刘娇.网络RTK技术在城市工程测量中的应用[J].云南水力发电,2020,36(09):200-201.

[3]邹嘉. RTK测量技术在市政工程测量中的优化应用分析[A]. 重庆市煤炭学会.川、渝、滇、黔、桂煤炭学会2017年度学术年会(重庆部分)论文集[C].重庆市煤炭学会:重庆市煤炭学会,2017:5.

[4]李炜,黄幼明.GNSS PPK技术在疏浚与吹填工程测量中的应用[J].港工技术,2020,57(05):112-115.