基于RTK的礦山工程測量技術研究

壽國生

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.096

摘 要：該文探討了基于RTK+全站儀的礦山測量技術，首先分析了RTK的技術原理，探討了RTK結合全站儀的工作流程，在此基礎上，結合具體案例進行了詳細的分析，結果表明，“RTK+全站儀”模式測量精度高、點位精度分布均勻且不受天氣影響。

關鍵詞：工程測量 RTK 全站儀 精度

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（a）-0096-02

1 RTK概論

1.1 RTK的工作原理

RTK是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的厘米級精度的三維定位結果。RTK定位測量通常是由一個基準站和一個或多個流動站組成，接收機之間建立實時數(shù)據(jù)通訊。開始作業(yè)時，流動站首先依次在兩個或兩個以上已知點上進行測量，通過實時數(shù)據(jù)傳輸，和基準站觀測數(shù)據(jù)進行差分處理，得到流動站與基準站之間的高精度GPS基線向量。同時，利用已知點之間GPS基線向量（間接基線）及已知坐標數(shù)據(jù)，求得GPS三維基線向量轉換到當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)三維基線向量的轉換參數(shù)及基準點的當?shù)刈鴺?，這個過程稱為初始化，初始化完成后即可開始測量。流動站到待測點上，通過與基準站觀測數(shù)據(jù)的實時差分處理，求得基準站到流動站的高精度當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)三維坐標差。

1.2 RTK測量系統(tǒng)的組成

RTK測量系統(tǒng)一般由以下3部分組成：GPS接收設備、數(shù)據(jù)傳輸設備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關鍵設備。其基本組成至少需要一個基準站和一個流動站。

2 “RTK+全站儀”測量模式研究

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。

控制點的首要任務是作為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。

（2）利用RTK測量圖根點。

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

（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)格式轉換成繪圖軟件所需格式并進行展點，結合外業(yè)繪制的草圖進行編輯成圖。

3 實例分析

該測區(qū)面積約0.98 km2，測區(qū)內標高最高+26 m，最低-61 m，高差較大且測區(qū)范圍內有大型機械、礦車等設備作業(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，相關測量設備為靜態(tài)GPSLeciaSR510 3臺，RTK為LeciaGS151+ 2臺，全站儀為LeciaTS02 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LeciaSR510，按照E級控制網(wǎng)的技術標準和規(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個礦內高等級控制點。

3.2 利用GPSRTK測量圖根控制點

（1）基準站點選擇。

由于基準站是架設于已知的控制點上，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，應注意的事項如下。

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)，應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GPS接收天線，按照相關的操作流程進行對中、整平、量取天線高、連接儀器等，設置基準站參數(shù)和輸入控制點坐標，利用已知的控制點求解轉換參數(shù)。

3.3 利用GPSRTK與全站儀組合測量碎部點

（1）全站儀測量碎部點。

在利用GPSRTK測量的圖根控制點上架設全站儀，建立任務，按照設站、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GPSRTK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1名測量人員在地形特征點上立測桿，設置測量模式，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 內業(yè)數(shù)據(jù)處理成圖及實地檢查

（1）內業(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)）轉換成南方CASS 7.0展點格式并進行展點，結合外業(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。測量范圍由委托方提供，圖名為“礦山驗收地形圖”。

（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 結語

（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3～5 s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。

參考文獻

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[2] 周曉華，李永興，吳根姣，等.RTK技術在控制測量中的應用探討[J].測繪通報，2007（7）：44-45.endprint