GRSRTK配合GPRS通信模块在管线测量中的应用梁健

GRSRTK配合GPRS通信模块在管线测量中的应用梁健

梁健

山西国化能源有限责任公司山西省030006

摘要：GPSRTK技术是一种集合了GPS动态定位技术和无线电通讯技术而发展起来的一种新型的定位技术，由于其定位的高度灵活性和全天候性，现已广泛应用于水利、交通、电力等各行业的工程测量，但在特殊工程如长距离输油管道中线测量中，由于测量路线长、采集点少、作业过程快和频繁的迁站以及作业小组的相互交接等原因，该方法尚存在工作进度缓慢的局限性。GPRS通讯模块是新一代GPSRTK辅助设备，其基本功能是代替PDL电台借用GPRS网络完成基准站与流动站之间的数据传输。通过对比GPRS通讯模块使用前后GPSRTK在施工过程中的效果，指出该技术应用于管线测量具有的优越性和实用价值。

关键词：GPSRTK；GPRS通讯模块；中线测量；输油管道；应用；

随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK技术也日益成熟，实时动态（RealTimeKinematic）测量技术的出现使得GPS工程应用成为可能，其速度快，效率高，相对成本低，然而它对基站无线电信号的依赖导致有效距离较小，且容易受到地形和建筑物的限制。GPS-RTK配合GPRS通信模块的网络RTK技术的出现标志着高精度实时定位技术的发展进入了一个崭新的阶段，网络RTK使得一个地区的所有测绘工作成为一个整体，同时，它将大大扩展RTK作业范围，使得GPS的应用更加广泛，可靠性和稳定性进一步提高。用户在不用购置基准站设备的情况下即可进行厘米级的定位。

一、任务要求及工作方案

1.GPSRTK配合GPRS通讯模块工作方案。GPRS通讯模块是在GPSRTK仪器的基础上开发研制的新型附件，其功能是代替基准站电台借助GPRS网络完成数据传输，其有效作业半径20-25km。使用该模块后拟定工作方案如下：（1）GPS仪器配备及人员安排不变。（2）取消加密首级GPS控制网的工作，直接利用国家新施测的大地水准面精化项目中控制资料成果，其相邻控制点平均边长12km，控制点分布均匀合理，按输油管道走向在较大区域范围内求取GPSRTK所必需的坐标转换参数。（3）中线测量和埋深探测长度按照每小组15-25km来划分，保证每小组每测段可以工作2-3天。通过试用该方案，生产效率极大提高，每组每天平均测量12km，按时完成了生产任务。

2.输油管道中线测量任务要求。（1）进行管道线路中线的平面坐标及高程测量。（2）探测管道线路中线位置和管道埋深（直线部分按300m一个探测点，地形变换处适当增加探测点；管道变坡处、管道曲线段、管道转折线、跨越点位置均需探明，探测点数应能准确表达出点的位置和管道走向及埋深），对管道的水平、垂直转角位置做出准确探测测量。（3）测量桩点平面坐标及高程，包括转角桩、穿（跨）越桩、里程桩、电位测试桩、电流测试桩等。（4）测量精度要求：由一个参考站迁到另一个参考站时应对2个已测点进行检核，检核限差：Δx≤0.2m；Δy≤0.2m；Δh≤0.4m。

3.GPSRTK标准配置PDL常规电台工作方案。（1）仪器配备及人员安排。根据单位现有仪器情况，选用3台拓普康双频HiperGDGPS接收机，仪器标称精度：①静态。平面3mm+1×10-6D；高程5mm+1×10-6D。②动态。平面10mm+1.5×10-6D；高程20mm+1.5×10-6D。采用1（基准站）+2（流动站）GPSRTK作业模式，以基准站为中心分A，B两组同时作业；埋深探测部分采用英国雷迪公司生产的管道电流测绘仪（简称PCM），型号RD-400，采用1（发射机）+2（接收机）作业模式，其作业人员与GPSRTK作业人员紧密配合。（2）布设首级GPS控制网。工程设计中并未要求做首级GPS控制网，但为了保证测量精度和工作中迁站的方便，沿输油管道走向对起始200km布设首级GPS控制网，相邻点间平均边长保持在8-10km，以满足连续发展参考站不超过2次的要求。（3）中线测量和埋深探测。根据GPSRTK技术的工作特点和仪器的有效作业半径，以基准站为中心，按路线走向约4km为一测段，A，B两组依次向前推进的工作方式（图1）。由于遮挡物多，工作难度相应加大，A，B两组共用一个基准站，流动站接收机接收无线电信号不理想，经常出现电台信号丢失的现象，特别是在流动站离开基准站超过3km后仪器初始化时间延长，作业速度变慢，最后不得不缩短GPSRTK作业距离。因为管道所经之处地势复杂、道路稀少、交通不便，2个作业小组工作进度不同，一个小组完成一测段后必须等待另一小组完成后才能迁站，经过连续1周的工作统计，平原地区平均每组每天工作进度约为5-6km，与预计平均10km相差甚远，无法在规定时间内完成任务，必须采取其他有效措施。

二、网络RTK作业过程中应注意的几个问题

点校正在进行RTK测量时，GPS采集的数据为WGS-84坐标，为避免投影变形过大需进行参数转换，即将WGS-84坐标转换为基准站所在地区坐标系，而点校正正是求解坐标转换参数。点校正选取的控制点应尽量覆盖整个测区，在进行平面拟合时应至少校正3个控制点，而进行高程拟合时应至少校正4个控制点。在点校正求解坐标参数过程中，校正点的平面残差应控制在1.5cm以内，高程残差应控制在3.0cm以内，若不满足精度可在工地校正文件内通过增加或删减校正点进行修改。点校正后应保存一份点校正任务文件，只有在点校正文件的基础上新建的任务才是经过坐标转换的任务，才能用于工地测量和放样。

由于网络RTK是利用移动通讯终端通过GPRS传输数据的，故在进行RTK测量时手机不能接听或拨打电话，否则数据传输会中断，因此建议手机专卡专用。另当因特网掉线时，数据传输会立即中断，手簿上显示无基准站数据，当重新上线时，IP号会改变，RTK需重新拨号连接，因此建议用于测量的网络最好固定IP号。初始化流动站在进行测量前要进行初始化，Timble接收机采用OTF方式，即在运动中实现初始化。在实际测量中，我们常用下列几种方法加快初始化速度：（1）屏蔽卫星高度截止角小于13°的卫星，即在卫星分布图上屏蔽那些分布在图形边缘的卫星。（2）将流动站GPS接收机或TSC手簿进行软启动，清除冗余的测量事件也可加快RTK的初始化速度。（3）在基坑深处、树木密集处及村庄里面卫星信号往往会被遮挡，造成信号失锁现象，这时可将GPS移至开阔的地方，待获得初始化后再慢慢靠近待测点进行测量。另中午GPS受电离层干扰大，可用卫星数少，常接收不到所需的卫星，因而初始化时间较长甚至不能初始化。

三、方案对比与精度分析

1.方案对比。根据使用GPRS通讯模块前后的工作进度对比，使用GPRS通讯模块的优点主要为：（1）工作方式发生变化，取消了GPS首级控制和加密控制的工作，节省了人力、物力，而且直接利用均匀分布的国家高等级控制点求取坐标转换参数，提高了大地水准面拟合精度和测量精度，这在山区高差变化大的地方效果特别明显。（2）GPRS通讯模块使GPSRTK有效作业半径增加，减少了基准站迁站次数，可供基准站位置选择的地点增多。突破了原先必须安置于输油管道附近控制点上的局限，现在可以在较大的区域内选择道路畅通、接送方便的控制点上安置仪器，甚至可以考虑把基准站安置在生活驻地。（3）GPRS网络覆盖地面范围广，流动站接收GPRS通讯模块发送过来的基准站数据信号好，极少出现断链情况，仪器初始化速度快。（4）减少了2个作业小组接头次数，独立工作性增强，也便于和管道寻线工联系。

2.精度分析。，（1）GPSRTK作业距离对观测精度的影响，从施工过程可以看出，使用GPRS通讯模块可以提高工作效率，但是随着基准站和流动站距离的增大，流动站的精度以基准站—流动站的距离1.5×10-6比率折减，由此增加的每千米额外定位误差为1.5mm。根据仪器动态测量标称精度，对使用PDL电台与使用GPRS通讯模块的作业距离与仪器测量精度进行了对比（表1）。

（2）坐标转换误差.使用GPRS通讯模块后省去了首级GPS控制和加密控制等工作，直接通过国家高等级控制点求取坐标转换参数，避免了控制点二次开发带来的测量误差，提高了坐标转换参数的精度，尤其是提高了大地水准面的拟合精度。值得指出的是在山区高差变化大的地方，用分布均匀的控制点比使用线性分布的控制点求取转换参数精度要高。不过由于地球曲率的影响，用于求取转换参数的范围也不能太大，建议分段、分区段求取。

参考文献：

[1]科红，李永青.GPSRTK技术的误差分析及质量控制.2012.

[2]丁鹏，张韬，吴威.GPS增强参考站网络理论.科学出版社，2013.