GPS RTK配合全站儀在電廠總平面圖中的測(cè)量

馬 超，馮立楠，張德成，楊海東

(1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院;2.大慶榆樹林油田有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究所;3.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

1 引言

大型電廠總平面圖的測(cè)量工作是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜而又艱苦的測(cè)繪工作，同時(shí)又要保持較高的精度(厘米級(jí))。采用全站儀進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖，設(shè)站靈活，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)計(jì)算，直接獲取地面三維坐標(biāo)，成為勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和管理不可或缺的測(cè)量工具。其缺點(diǎn)是要求通視，受地形和人為因素影響大，并且需要建立足夠的控制點(diǎn)，作業(yè)量大，投入也大，外業(yè)時(shí)間較長(zhǎng);而GPS RTK測(cè)量，可全天候測(cè)量，省去了大量的控制測(cè)量時(shí)間，無需測(cè)站間通視，工作效率很高，定位精度均勻，作業(yè)自動(dòng)化，集成化程度高，在地形簡(jiǎn)單、天空開闊的地區(qū)，其優(yōu)勢(shì)更加明顯，但在單基站模式下受到作業(yè)半徑的限制或遇到大障礙物時(shí)，就很難接收到衛(wèi)星和無線電信號(hào)，即使能夠得到數(shù)據(jù)，精度也受很大影響。若將GPS RTK技術(shù)與全站儀相結(jié)合使用，進(jìn)行優(yōu)化組合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，既提高了工作效率，又保證了成果的精度。

1 GPS RTK配合全站儀測(cè)圖實(shí)例

以雞西市滴道區(qū)煤矸石電廠廠區(qū)擴(kuò)建平面圖(1:500)測(cè)量為例。

1.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于雞西市滴道區(qū)，在原有老廠基礎(chǔ)上向北端擴(kuò)建廠區(qū)。其中早期建成的廠區(qū)建筑物較為密集，分布相對(duì)凌亂，近期建成的廠區(qū)建筑密度相對(duì)較小，但分布無規(guī)則，測(cè)區(qū)內(nèi)有煙囪、冷卻塔、主廠房等高大建筑物和設(shè)備。凌亂的廠區(qū)不適宜應(yīng)用全站儀作業(yè)，相對(duì)密集的高大建筑物對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的遮擋又不適宜RTK的單獨(dú)應(yīng)用，因此測(cè)圖采用GPS RTK與全站儀配合使用的方式進(jìn)行作業(yè)。

1.2 技術(shù)實(shí)施

測(cè)區(qū)為多年建成的老廠區(qū)，原有的控制點(diǎn)全部破壞，為配合廠區(qū)擴(kuò)建，電廠平面圖采用建筑坐標(biāo)系測(cè)量，根據(jù)主廠房外墻角建立坐標(biāo)系統(tǒng)。儀器采用天寶GPS RTK與拓普康N750全站儀配合使用，作業(yè)前儀器均通過檢測(cè)，性能和精度均符合標(biāo)稱精度。工作首先需要恢復(fù)坐標(biāo)系統(tǒng)，由主廠房建立建筑坐標(biāo)系統(tǒng)的方法如下。

(1)如圖 1 所示，1-1，1-2，1-3 為導(dǎo)線點(diǎn)，從 1-1 測(cè)定墻角2，按極坐標(biāo)測(cè)量以I級(jí)導(dǎo)線的要求進(jìn)行測(cè)角與量邊。

(2)先假定1-1的坐標(biāo)和1-1至1-2的方位，算出1-2的假設(shè)坐標(biāo)，然后按極坐標(biāo)算1和2兩點(diǎn)的假設(shè)坐標(biāo)。

(3)由1、2兩點(diǎn)的兩組坐標(biāo)(建筑坐標(biāo)和假設(shè)坐標(biāo))反算出坐標(biāo)軸之夾角θ，改正假定方位角，使之變成建筑坐標(biāo)系的方位角。

(4)根據(jù)所求的方位角，1-1算出2號(hào)點(diǎn)的?A及?B，由2號(hào)點(diǎn)之建筑坐標(biāo)反求出1-1的建筑坐標(biāo)。

(5)1-1的坐標(biāo)和1-1至1-2的方位角即新設(shè)建筑坐標(biāo)系統(tǒng)的起始讀數(shù)。用導(dǎo)線測(cè)量方法傳遞到測(cè)區(qū)的首級(jí)控制網(wǎng)上。

圖1 建立建筑坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖

1.3 作業(yè)安排

根據(jù)已有的儀器設(shè)備、技術(shù)資料、結(jié)合測(cè)區(qū)的地形特征，作業(yè)分工如下。

(1)使用拓普康N750型1″全站儀在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行四等導(dǎo)線布設(shè)測(cè)量，以滿足全站儀對(duì)主廠房，輸煤棧橋等細(xì)部點(diǎn)測(cè)量為主。

(2)用GPS RTK測(cè)量測(cè)區(qū)內(nèi)的道路，管線。

(3)對(duì)于RTK采集有困難的地形地物用全站儀補(bǔ)充采集。

1.4 廠區(qū)內(nèi)的細(xì)部測(cè)量

進(jìn)行廠區(qū)測(cè)量之前，首先在解算出的一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)上架設(shè)RTK基準(zhǔn)站，然后用快速靜態(tài)的方式分別采集其他導(dǎo)線點(diǎn)的84坐標(biāo)，之后結(jié)合已有的建筑坐標(biāo)進(jìn)行RTK的七參數(shù)解算。參加解算的點(diǎn)位基本上均勻分布于測(cè)區(qū)的四周，使其能控制住整個(gè)廠區(qū)的測(cè)量，提高數(shù)據(jù)的精度。將一級(jí)導(dǎo)線成果作為真值，GPS RTK成果與其X、Y、H差值均符合偶然誤差的特性，最大差值:?X=1.6 cm，?Y=1.7 cm，?H=1.8 cm 為了進(jìn)一步檢驗(yàn)GPS RTK的測(cè)量精度，同時(shí)檢驗(yàn)與全站儀數(shù)據(jù)的吻合性，隨機(jī)測(cè)量12個(gè)地形點(diǎn)與全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

表1 兩種方法測(cè)定點(diǎn)位坐標(biāo)之差 mm

從表 1 中結(jié)果可以看出:點(diǎn) 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12各點(diǎn)的坐標(biāo)差和點(diǎn)位之差都較小，而1、5、12三點(diǎn)的坐標(biāo)差及點(diǎn)位之差稍大。若考慮全站儀為1″精度，其精度較高，又由于參加測(cè)量的RTK參數(shù)為多點(diǎn)參與解算，且其為快速采集84坐標(biāo)，綜合以上情況，采用兩種方式測(cè)量，其測(cè)量數(shù)據(jù)可以相互吻合，且其精度滿足電廠測(cè)量規(guī)范要求。在RTK與全站儀測(cè)量精度可以相互吻合且滿足測(cè)量要求的情況下即可展開廠區(qū)測(cè)量工作。在老廠區(qū)位置，由于建筑物多為高大建筑物，因此使用全站儀進(jìn)行測(cè)量，在新建廠區(qū)部分，除建筑物外，管道的起、終、轉(zhuǎn)、交點(diǎn)均可用RTK采集。數(shù)據(jù)采集完畢后，將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，使用數(shù)字成圖軟件，完成廠區(qū)測(cè)量成圖。

1.5 測(cè)量成果檢查

待所有內(nèi)外業(yè)完成后，進(jìn)行廠區(qū)內(nèi)的實(shí)地檢查，查找是否有漏缺點(diǎn)，進(jìn)行點(diǎn)位精度檢查。點(diǎn)位精度檢查首先使用GPS RTK測(cè)量出待檢查點(diǎn)的坐標(biāo)，然后與計(jì)算機(jī)數(shù)字成圖坐標(biāo)對(duì)照，其最大點(diǎn)位中誤差為2.7 cm，精度符合要求。其次邊長(zhǎng)檢查時(shí)采用經(jīng)過檢驗(yàn)合格的鋼尺量距，一般量取比較穩(wěn)定且重要的主廠房墻角點(diǎn)進(jìn)行邊長(zhǎng)檢驗(yàn)。經(jīng)過量取邊長(zhǎng)差值小于5 cm，滿足需要。

2 注意事項(xiàng)

通過實(shí)例可發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)應(yīng)注意的問題。

(1)GPS RTK采點(diǎn)必須保持凈空。不能有遮擋，以使其能夠接收到高度角＞15°且不少于5顆的有效衛(wèi)星，進(jìn)行RTK的初始化固定解算。同時(shí)要求衛(wèi)星幾何圖PDOP＜6，以滿足測(cè)量要求。

(2)與靜態(tài)GPS測(cè)量相比較，GPS RTK無足夠的幾何檢核條件，不宜用來做首級(jí)控制網(wǎng)。因此本次工程使用全站儀進(jìn)行了測(cè)區(qū)的首級(jí)導(dǎo)線測(cè)設(shè)。

(3)GPS RTK定位的數(shù)據(jù)處理主要是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線處理，而基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及無線電信號(hào)的傳播質(zhì)量對(duì)定位精度的影響極大。因此應(yīng)該把基準(zhǔn)站設(shè)立在需要進(jìn)行GPS RTK測(cè)量區(qū)域內(nèi)的較高點(diǎn)上，并提高基準(zhǔn)站和流動(dòng)站天線的架設(shè)高度。

(4)GPS RTK高程精度低于平面精度，需要高精度高程數(shù)值時(shí)，應(yīng)該注意校核。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，RTK在廠區(qū)測(cè)量中滿足要求，能夠快速測(cè)量采集數(shù)據(jù)。由于RTK的測(cè)量成果沒有誤差累計(jì)的特性，利用RTK測(cè)量圖根控制點(diǎn)可以滿足圖根控制測(cè)量的要求，大大提高作業(yè)效率。

(2)利用全站儀和GPS RTK聯(lián)合測(cè)量碎步點(diǎn)，這樣不但能解決水平方向遮擋(全站儀)問題，也解決了上方遮擋(GPS RTK)問題，避免了單獨(dú)使用GPS RTK或全站儀單獨(dú)作用的局限性。

(3)GPS RTK在測(cè)量時(shí)由于信號(hào)遮擋等原因容易造成粗差，因此有必要使用全站儀進(jìn)行必要的檢核，保證測(cè)圖質(zhì)量。

總之，傳統(tǒng)與現(xiàn)代化的測(cè)量方式的有效結(jié)合提高了作業(yè)效率，作業(yè)模式值得推廣。

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［1］黃聲享，郭英起，易慶林.GPS在測(cè)量工程中的應(yīng)用［M］.北京:測(cè)繪出版社，2007.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).火力發(fā)電廠工程測(cè)量技術(shù)規(guī)程［S］.2005.

［3］張書華，李小顯.RTK協(xié)同全站儀聯(lián)合采集數(shù)據(jù)有關(guān)問題分析［J］.地理空間信息，2007，(5).

［4］李清華，姜贇.GPS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2010，(6).