GPS-RTK配合全站儀在地形測(cè)量中的應(yīng)用

于雷

烏魯木齊塞維新宏測(cè)繪工程有限公司 新疆烏魯木齊 836000

在施工工程測(cè)量中通常使用的儀器主要有全站儀，GPS等。全站儀，廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測(cè)量或變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。GPS系統(tǒng)具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。GPS-RTK主要優(yōu)點(diǎn)：①不需要通視；②誤差不會(huì)累計(jì)；③不受天氣影響，靠衛(wèi)星定位作業(yè)，全天候作業(yè)；④工作效率高。缺點(diǎn)：①需要得到當(dāng)?shù)谻ORS站數(shù)據(jù)或七參數(shù)才能轉(zhuǎn)換至當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系；②在有遮擋的地區(qū)誤差較大，有時(shí)甚至接受不到衛(wèi)星信號(hào)；③高程誤差有時(shí)較大，需要通過測(cè)量當(dāng)?shù)馗叱虜?shù)據(jù)進(jìn)行大地高與正常高之間的轉(zhuǎn)換，又需要知道高程異常數(shù)據(jù)，比較麻煩[1]。

1 GPS-RTK測(cè)量的特點(diǎn)

GPS-RTK技術(shù)是建立在實(shí)時(shí)處理2個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)的高精度，能夠在很大程度上彌補(bǔ)全站儀測(cè)量的缺點(diǎn)：①基準(zhǔn)站和移動(dòng)站間不需要光學(xué)通視。GPS-RTK1套是由2臺(tái)主機(jī)組成的，1臺(tái)基準(zhǔn)站架設(shè)好以后固定不動(dòng)，1臺(tái)移動(dòng)站用來采集碎部點(diǎn)，2者之間不需要光學(xué)通視。②工作效率高。GPS-RTK的測(cè)量距離一般都在10km左右，所以在常規(guī)測(cè)量的時(shí)候，如果基準(zhǔn)站設(shè)置合理，可達(dá)到的作業(yè)半徑約為6km，只需要基準(zhǔn)站架設(shè)1次就可完成測(cè)量工作。且不需要前后視，節(jié)省人力。③精度均勻。GPS-RTK可快速測(cè)定圖根點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并通過手簿對(duì)圖根點(diǎn)隨時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)，各點(diǎn)誤差隨機(jī)產(chǎn)生，不需要多次搬站、設(shè)站，沒有誤差積累，測(cè)點(diǎn)的增加對(duì)精度的影響較小。但GPS-RTK的使用也有一定的局限性：①受觀測(cè)環(huán)境的限制，對(duì)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站位置的要求較高。根據(jù)相關(guān)研究表明，衛(wèi)星的截止高度角必須大于13-15°，所以，它在遇到高大建筑物、樹木覆蓋時(shí)，就很難接收到衛(wèi)星和無線電信號(hào)，不容易出現(xiàn)固定解。而礦井地點(diǎn)正是在山區(qū)，樹林密集，建筑區(qū)較多，在不能滿足角度要求時(shí)會(huì)對(duì)測(cè)量造成一定的影響。同時(shí)各種高頻信號(hào)源的干擾也會(huì)對(duì)GPS-RTK測(cè)量信號(hào)的傳輸造成較大的影響。②受觀測(cè)時(shí)間影響。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，中午時(shí)段，受電離層干擾較大，且共用衛(wèi)星數(shù)少，因而初始化時(shí)間較長甚至不能初始化，較難得到固定解。在同樣的條件和同樣的地點(diǎn)上進(jìn)行GPS-RTK測(cè)量，上午11：30之前和下午1：30之后GPS-RTK測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)而快，而中午時(shí)分，測(cè)量就變得比較困難了。

2 GPS-RTK和全站儀在工程測(cè)量中配合應(yīng)用

2.1 使用GPS-RTK測(cè)量圖根控制點(diǎn)

（1）應(yīng)該選擇合適的基準(zhǔn)點(diǎn)。因?yàn)榛鶞?zhǔn)站是一個(gè)架設(shè)在已知的控制點(diǎn)上，所以在選擇基準(zhǔn)站之時(shí)，除了應(yīng)該遵守GPS控制點(diǎn)的基本選擇原則之外，還應(yīng)該注意的事情主要有；①點(diǎn)位應(yīng)該選擇在一些位置比較高、有著較為開闊視野的地方，可以方便差分信號(hào)的傳播，及時(shí)避免信號(hào)被干擾的問題；②選擇一些交通比較方便的地區(qū)，也就是汽車可以直接到達(dá)的地方，這樣就可以方便搬移儀器[2]。其基準(zhǔn)站的位置應(yīng)該保持合理穩(wěn)定，因?yàn)镚PS-RTK電臺(tái)發(fā)射信號(hào)的半徑通常是5-8km，如果其測(cè)區(qū)范圍比較大的話，就應(yīng)該考慮到差分信號(hào)的覆蓋以及其定位的精確度。

（2）注意測(cè)量圖根的控制點(diǎn)。在選擇基準(zhǔn)站點(diǎn)之上架設(shè)一些GPS接收天線，依照與之相關(guān)的操作流程，來進(jìn)行對(duì)于中、整平、連接儀器等等，也應(yīng)該設(shè)置基準(zhǔn)站參數(shù)以及輸入控制點(diǎn)的坐標(biāo)。使用已經(jīng)知道的控制點(diǎn)來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在合適的位置上選擇圖根控制點(diǎn)，然后訂上木樁，并且把GPS-RTK流動(dòng)站放在這個(gè)圖根點(diǎn)上，等到GPS整周模糊度固定之后GPS-RTK就可以開始“點(diǎn)測(cè)量”模式，其測(cè)量的時(shí)間通常在1min左右，然后把測(cè)量結(jié)果保存在手薄之中，在測(cè)量過程中應(yīng)該注意GPS整周模糊度是否可以接收到的基準(zhǔn)站GPS-RTK差分信號(hào)和天線類型、天線高的正確度如何。

2.2 在地質(zhì)勘探工程中的應(yīng)用

①勘探線網(wǎng)及控制測(cè)量。地質(zhì)工程勘探網(wǎng)通常是由基線和垂直于基線的剖面線組成，其間距視礦種和勘探的程度而定。觀測(cè)時(shí)如果衛(wèi)星多，外部條件好，基線可用GPS靜態(tài)模式測(cè)定。邊長5-10km的三、四等控制網(wǎng)可優(yōu)先用GPS靜態(tài)模式。邊長小于5km控制網(wǎng)線或基線，可根據(jù)具體條件和技術(shù)要求可選用R TK或快速靜態(tài)定位方法。②地形測(cè)量。RTK跟全站儀一樣，測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間只有幾秒。但GPS-RTK不要求通視和頻繁地?fù)Q站，而且多個(gè)流動(dòng)站同時(shí)工作，速度快、效率高。在大比例地形圖測(cè)繪時(shí)，如果地形段平坦，接受衛(wèi)星信號(hào)好，可用RTK采集各碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)，但在地形條件不理想的情況下，采用全站儀配合RTK采集碎部點(diǎn)較好。③工程點(diǎn)的放樣測(cè)量。在地質(zhì)工作中，通常有鉆孔、探槽、探井、坑口的放樣工作，在GPS-RTK沒有出現(xiàn)之前，工程點(diǎn)的布設(shè)通常用全站儀極坐標(biāo)測(cè)設(shè)，這種傳統(tǒng)的定位方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且點(diǎn)位誤差大?，F(xiàn)在利用GPS-RTK定位技術(shù)，一個(gè)就可操作，速度快、精度高[3]。

2.3 處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)

在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理以及成圖上，把采集到外業(yè)數(shù)據(jù)第一時(shí)間傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，通過處理的數(shù)據(jù)將其轉(zhuǎn)換成為南方CASS7.0展點(diǎn)格式，然后在做好展點(diǎn)處理，同外業(yè)繪制的草圖進(jìn)結(jié)合，然后做好編輯成圖，地形圖依照比例尺1：1000，平面是1954年北京坐標(biāo)系，測(cè)量范圍通過委托方來提供。實(shí)地檢查測(cè)量成果時(shí)，把編輯好的成果圖帶到測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)做好檢查工作，這就可發(fā)現(xiàn)是否在工作中出現(xiàn)漏測(cè)的地物以及區(qū)域，尤其是一些的比較特殊的物體，比如說電力線之間是如何進(jìn)行的連接。如果要求進(jìn)行補(bǔ)測(cè)的話，就應(yīng)該把補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)以及圖形分別存在另外一個(gè)文件中，同時(shí)對(duì)地形圖進(jìn)行修改或者是補(bǔ)繪。

3 結(jié)語

全站儀和GPS-RTK配合使用的優(yōu)點(diǎn)如下。①GPS精度滿足條件的情況下長距離引點(diǎn)為全站儀作業(yè)提供基礎(chǔ)測(cè)量控制點(diǎn)。②GPS和全站儀同步作業(yè)時(shí)，GPS-RTK在一個(gè)基站點(diǎn)上為全站儀測(cè)量對(duì)點(diǎn)和檢查點(diǎn)，使全站儀作業(yè)避免了連續(xù)的轉(zhuǎn)站，消除了誤差的連續(xù)積累，同時(shí)對(duì)放樣點(diǎn)進(jìn)行了校核和檢查。③全站儀的測(cè)量功能彌補(bǔ)了GPS因衛(wèi)星信號(hào)及基站電臺(tái)信息接收不正常而不能正常工作的缺點(diǎn)。④兩種方法的結(jié)合使用，節(jié)省了費(fèi)用，提高了工作效率。在傳統(tǒng)測(cè)量中全站儀起著至關(guān)重要的作用，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在GPS越來越能代替全站儀的功能，提高工作效率的同時(shí)提高精度，但是全站儀在某些方面還是有著不可替代的作用，比如隧道和礦井中，這是GPS幾乎不可能做到的，所以現(xiàn)在的工程中都是把兩者結(jié)合使用，最大限度地發(fā)揮出兩者的優(yōu)點(diǎn)，提高測(cè)量的精度、速度、效率和節(jié)省人力物力，希望這兩者的結(jié)合能帶給我們更多的便利。