“RTK+全站儀”測量模式在礦山測量中的應用

周　權(quán)

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業(yè)公司)

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“RTK+全站儀”測量模式在礦山測量中的應用

周權(quán)

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業(yè)公司)

以馬鋼南山礦業(yè)公司和尚橋鐵礦基建剝離地形圖及土方計算測量為例，在分析GPS RTK測量原理的基礎(chǔ)上，分析了利用“RTK+全站儀”測量模式在礦山數(shù)字化成圖中的作業(yè)流程。結(jié)果表明:①對在地勢開闊的地段，完全可用RTK作業(yè)模式測量碎部點；②在通視效果不佳、地形條件復雜的地段，可用“RTK+全站儀”測量模式，首先用RTK給定圖根點位，然后利用全站儀采集數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)優(yōu)勢互補，在顯著提高工作效率、減輕勞動強度的同時，保證測圖精度。

GPSRTK數(shù)字成圖測圖精度

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的飛速發(fā)展，RTK技術(shù)在工程測繪中的應用也日趨廣泛。RTK技術(shù)具有速度快、精度高和費用省等優(yōu)點，可完全滿足常規(guī)工程測量的精度要求，特別在數(shù)字測圖中，若與全站儀進行有機結(jié)合，人均作業(yè)效率可提高5倍以上，從而極大節(jié)約了作業(yè)時間，提高了經(jīng)濟效益。

1　GPS RTK測量原理

GPS RTK定位技術(shù)是一種基于載波相位觀測的實時動態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r獲取測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果。該技術(shù)主要由基準站和一臺或多臺流動站以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信鏈組成。在RTK作業(yè)模式下，基準站接收機架設(shè)于具有已知坐標的參考點位上，連續(xù)接收可視GPS衛(wèi)星信號，并將測站點坐標、載波相位觀測值、偽距觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)、接收機工作狀態(tài)等信息通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)播出去，流動站接收機在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同時通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，經(jīng)差分處理求解載波相位整周模糊度，得到基準站和流動站的差值(△X，△Y，△Z)。由該坐標差值與基準站的坐標相加，便可得到流動點在WGS-84坐標系下的坐標，在此基礎(chǔ)上利用坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)可得出流動站各點的地面三維坐標(X，Y，Z)[1-3]。

2　“RTK+全站儀”測量模式的數(shù)字化成圖作業(yè)流程

利用“RTK+全站儀”測量模式在野外進行數(shù)字化測圖的基本作業(yè)流程如圖1所示。

(1)控制測量。根據(jù)測量規(guī)范要求并結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，需進行控制點布設(shè)和測量?？刂泣c的首要任務是作為RTK測量的基準站，測量方法可采用快速靜態(tài)相對定位模式，網(wǎng)形的連接采用邊連接，GPS接收機宜為雙頻GPS接收機，并與國家點或本地坐標系下的已知點進行聯(lián)測，求解出各點坐標。

圖1　數(shù)字化成圖作業(yè)流程

(2)利用RTK測量圖根點。合理選擇控制網(wǎng)中的已知點，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，使其作為RTK測量的基準站，利用架設(shè)后的RTK基準站，在測區(qū)范圍內(nèi)進行圖根控制測量。

(3)利用全站儀測量碎部點。將全站儀架設(shè)于利用RTK測量的圖根點上，進行后視定向，測站檢查，滿足規(guī)范要求后即進行碎部測量，并繪制草圖。

(4)利用RTK測量碎部點。對于地勢上空開闊的區(qū)域，可用RTK點測量模式測量碎部點，其測量速度較全站儀快，作業(yè)效率也更高。

(5)數(shù)字化成圖。將采集的外業(yè)數(shù)據(jù)及時傳輸給計算機處理，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成繪圖軟件所需格式，并進行展點，結(jié)合外業(yè)繪制的草圖進行編輯成圖。

3　實例分析

本測區(qū)面積約0.98 km2，測區(qū)內(nèi)標高最高+26 m，最低-61 m，高差較大，且測區(qū)范圍內(nèi)有大型機械、礦車等設(shè)備作業(yè)，因此不適合采用常規(guī)全站儀測量。分析研究表明，宜采用“RTK+全站儀”模式進行測量，相關(guān)測量設(shè)備為靜態(tài)GPS Lecia SR510 3臺，RTK為Lecia GS15 1+2臺，全站儀為Lecia TS02 1臺。

3.1建立基本控制網(wǎng)

由于測區(qū)北部為灌木叢，樹高10～20 m，東北部作為臨時排土區(qū)，西部則用采場巖土堆積采場隔離堤，測區(qū)內(nèi)有大型機械作業(yè)，致使測圖控制點常被破壞。為此，在測區(qū)西北部和南部布設(shè)了4個靜態(tài)GPS點，作為測區(qū)的基本控制點，采用靜態(tài)GPS觀測。測量方法采用快速靜態(tài)相對定位模式，網(wǎng)形的連接采用邊連接，GPS接收機采用3臺Lecia SR510，按照E級控制網(wǎng)的技術(shù)標準和規(guī)范要求，進行布點及觀測。對觀測的外業(yè)GPS數(shù)據(jù)，利用Leica 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，對GPS控制網(wǎng)進行基線解算、無約束平差、引入已知坐標約束平差等工作，求解出控制點坐標。為使測量成果與南山礦的坐標系一致，在控制測量時聯(lián)測了3個礦內(nèi)高等級控制點。經(jīng)數(shù)據(jù)處理，計算出的4個控制點坐標如表1所示。

表1　和尚橋鐵礦控制點坐標

注：平面坐標系為1954年北京坐標系1.5°帶，中央子午線為118°30′，高程系為(假)吳淞系。

3.2利用GPS RTK測量圖根控制點

(1)基準站點選擇。由于基準站是架設(shè)于已知的控制點上，因此在選擇基準站時，除須遵循GPS控制點的基本選擇原則外，還須注意的事項為：①點位應選擇在位置較高、視野開闊的地區(qū)，有利于差分信號的傳播，有效避免信號被干擾；②選擇在交通便利的地區(qū)，宜為汽車可直接到達的地區(qū)，便于搬移儀器；③基準站位置合理，由于RTK電臺發(fā)射信號的半徑一般為5～8 km，若測區(qū)范圍過大，應考慮差分信號的覆蓋及定位精度。

(2)測量圖根控制點。在選擇的基準站點上架設(shè)GPS接收天線，按照相關(guān)的操作流程，進行對中、整平、量取天線高、連接儀器等，設(shè)置基準站參數(shù)和輸入控制點坐標，利用已知的控制點求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在合適的位置選擇圖根控制點，訂上木樁，將GPS RTK流動站置于該圖根點上，待GPS整周模糊度固定后開始RTK“點測量”模式，測量時間一般為60 s，將測量結(jié)果直接保存至手簿中。測量時需注意GPS整周模糊度是否固定、能否接收到基準站的RTK差分信號以及天線類型和天線高是否正確等。

3.3利用GPS RTK與全站儀組合測量碎部點

(1)全站儀測量碎部點。在利用GPS RTK測量的圖根控制點上架設(shè)全站儀，建立任務，按照設(shè)站、后視定向、碎部點測量、繪制草圖等操作流程，完成野外碎部測量工作。一般一個全站儀作業(yè)小組需配置1名測量員，1名繪圖員和2～3名跑鏡員。

(2)利用GPS RTK測量碎部點。在地勢開闊地區(qū)或全站儀視線阻擋地區(qū)，可利用RTK的“點模式”或“線模式”測量碎部點。在基準站上安置1臺GPS接收機，按照GPS基準站架設(shè)操作流程，完成基準站的安置，另外1臺或多臺GPS接收機作為流動站，進行待測碎部點觀測。測量模式根據(jù)現(xiàn)場地形、地物情況，可采用“點模式”或者“線模式”。方法為：一名測量人員在地形特征點上立測桿，設(shè)置測量模式，輸入點號，點擊“開始測量”和“停止測量”等步驟，將測量數(shù)據(jù)保存至RTK手簿中，對一些地形地貌并不復雜的測量區(qū)域，繪制草圖的過程可省略，以便提高測量效率。

3.4內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、成圖及實地檢查

(1)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖。將采集的外業(yè)數(shù)據(jù)及時傳輸至計算機，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)(主要是剔除含粗差的觀測數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)換成南方CASS7.0展點格式，并進行展點，結(jié)合外業(yè)繪制的草圖進行編輯成圖，地形圖比例尺為1∶1 000，平面為1954年北京坐標系， 高程為(假)吳淞高程系。測量范圍由委托方提供，圖名為“和尚橋鐵礦驗收地形圖”。

(2)測量成果實地檢查。將編輯完畢的成果圖攜帶至測量現(xiàn)場進行檢查，以便發(fā)現(xiàn)有無漏測的區(qū)域和地物，特別是一些特殊地物(如電力線的連接關(guān)系)，如需進行補測，須將補測數(shù)據(jù)和圖形分別另存為一新文件，并對地形圖進行修改和補繪。

4　討　論

(1)“RTK+全站儀”測量模式可顯著提高工作效率、減輕勞動強度，并且作業(yè)靈活。在地勢開闊的地段，可用RTK作業(yè)模式測量碎部點，一般地形、地物點僅需3～5s便獲得精度較高的三維坐標；而在通視效果不佳、地形條件復雜的地段，可首先用RTK給定圖根點位，然后利用全站儀采集數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)優(yōu)勢互補，大幅度提高作業(yè)效率。

(2)“RTK+全站儀”模式測量精度高，點位精度分布均勻。RTK測量精度可達到厘米精度，滿足地形測量要求。同時，每個點的誤差隨機產(chǎn)生，不產(chǎn)生積累，成果較可靠。

(3)“RTK+全站儀”測量模式不受天氣影響，可全天侯作業(yè)，基本不受大霧、能見度等天氣的影響，可全天侯作業(yè)，特別是在霧霾越來越嚴重的地區(qū)，其實用性更強，可更好地適應數(shù)字化成圖的需要。

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[2]張正祿.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2002.

[3]黃聲享，郭英起，易慶林.GPS在測量工程中的應用[M].北京：測繪出版社，2007.

2016-06-01)

周權(quán)(1981—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市向山鎮(zhèn)。