RTK測(cè)量技術(shù)在辰州礦業(yè)的應(yīng)用與推廣

周?chē)?guó)俊 吳琪

（湖南省懷化市沅陵縣辰州礦業(yè)有限責(zé)任公司地測(cè)中心，湖南懷化 419607）

0.前言

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量系統(tǒng)（RTK）的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶(hù)觀測(cè)站。在用戶(hù)觀測(cè)站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示用戶(hù)站的三維坐標(biāo)及其精度。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶(hù)站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，可實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，以減少冗余觀測(cè)，縮短觀測(cè)時(shí)間[1]。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量系統(tǒng)（RTK）是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破[1]。野外使用RTK測(cè)量，可一步得到測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，無(wú)需前、后視和通視等條件限制。誤差不積累，測(cè)量精度高。

RTK測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功，為GPS測(cè)量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和普及，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

辰州公司引進(jìn)徠卡RTK設(shè)備后，小范圍在新豎井、新風(fēng)井周邊1:500地形圖測(cè)繪，5號(hào)尾礦庫(kù)1:1000地形圖測(cè)繪，大范圍在五強(qiáng)溪鎮(zhèn)5.3km21:1000地形圖測(cè)繪中得到了應(yīng)用。在日常與多地使用RTK進(jìn)行測(cè)量的工作中，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境以及3DCQ值大于精度要求時(shí)，我們改進(jìn)了“碎部測(cè)量的方法”，如①加高天線(xiàn)法；②支距法。而且取得了一些“保證測(cè)量精度要求的參數(shù)”，如①圖根控制測(cè)量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上；②開(kāi)始測(cè)量前，檢校點(diǎn)（或圖根點(diǎn)）檢核的平面與高程誤差控制在10mm以?xún)?nèi)，方可開(kāi)始碎部測(cè)量；③碎部測(cè)量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在5s以上，④如果測(cè)量時(shí)3DCQ大于0.03，那么測(cè)量點(diǎn)的精度將達(dá)不到規(guī)范要求，平面位置失真，影響左右關(guān)系，高程數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，影響上下關(guān)系等。不但推廣了RTK測(cè)量技術(shù)在辰州公司的應(yīng)用，而且鍛煉了辰州公司測(cè)量人員隊(duì)伍，使他們?cè)谡莆杖緝x測(cè)量技術(shù)的同時(shí)又掌握了RTK測(cè)量技術(shù)，在外業(yè)測(cè)量工作中使用RTK測(cè)量技術(shù)，減少了測(cè)量人員，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為地形圖測(cè)量積累了豐富的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，給礦區(qū)周邊日常測(cè)量應(yīng)用RTK技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。下面以五強(qiáng)溪鎮(zhèn)1:1000地形圖測(cè)量為例，敘述RTK的工作流程，在測(cè)量過(guò)程中需要注意的問(wèn)題以及心得體會(huì)。

1.RTK的工作流程

1.1 執(zhí)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求

（1）平面采用1980年西安坐標(biāo)系，高程采用1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。

（2）《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T18314—2009）。

（3）《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026-2007）[2]。

（4）GB/T20257.1-2007國(guó)家基本比例尺地圖圖式第1部分：《1:500 1:1000 1:2000地形圖圖式》

（5）《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》（GB/T 24356—2009）。

（6）五強(qiáng)溪鎮(zhèn)城鎮(zhèn)規(guī)劃《1:1000地形測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》

1.2 控制測(cè)量要求

1.2.1 GPS網(wǎng)之主要技術(shù)要求[3]（表1）

1.2.2 GPS選點(diǎn)與標(biāo)石埋設(shè)[4]

GPS點(diǎn)位先在測(cè)區(qū)1:10000地形圖上進(jìn)行選擇，然后實(shí)地埋設(shè)。點(diǎn)位便于安置儀器設(shè)備和操作，視野開(kāi)闊。確保每個(gè)控制點(diǎn)周邊有一個(gè)以上的控制點(diǎn)與之通視。

GPS點(diǎn)均埋設(shè)永久性標(biāo)石，標(biāo)石標(biāo)志為鋼筋加十字叉，埋設(shè)采用現(xiàn)澆，規(guī)格大于200mm×200mm，埋深大于500mm。

1.2.3 儀器設(shè)備之技術(shù)要求

（1）接收機(jī)之選擇。測(cè)量采用雙頻Leica GPS1200接收機(jī)，同步觀測(cè)接收機(jī)4臺(tái)。

（2）外業(yè)觀測(cè)。

1）基本技術(shù)要求[5]，如表2所示。

表2 基本要求

2）觀測(cè)作業(yè)情況：每時(shí)段采集數(shù)據(jù)前，作業(yè)員應(yīng)量取并記錄天線(xiàn)高，記錄日期、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，記錄機(jī)器號(hào)、點(diǎn)號(hào)、觀測(cè)人姓名，故障情況。

一個(gè)時(shí)段觀測(cè)過(guò)程中不能進(jìn)行關(guān)閉接收機(jī)又重新啟動(dòng)、進(jìn)行接收機(jī)初始化（發(fā)現(xiàn)故障除外）、改變衛(wèi)星高度角、改變數(shù)據(jù)采集間隔、改變天線(xiàn)位置；觀測(cè)員在作業(yè)期間不能擅自離開(kāi)測(cè)站；防止儀器受震動(dòng)和被移動(dòng)；防止人和物體靠近儀器、以免遮擋衛(wèi)星信號(hào)；觀測(cè)時(shí)不能在接收機(jī)旁使用無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備，避免干擾衛(wèi)星信號(hào)；在觀測(cè)過(guò)程中保證接收機(jī)正常工作，數(shù)據(jù)記錄正確，每天觀測(cè)結(jié)束后，及時(shí)將數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)硬、軟盤(pán)上，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

3）觀測(cè)組合嚴(yán)格按照基本技術(shù)要求制定，以五強(qiáng)溪鎮(zhèn)測(cè)量組合為例，已知控制點(diǎn)2個(gè)官莊、魚(yú)兒山，11個(gè)觀測(cè)點(diǎn)WG01～WG11。觀測(cè)組合如下[6]：

D級(jí)：1時(shí)段：官莊、魚(yú)兒山、WG06、WG08

2時(shí)段：WG01、WG03、WG06、WG08

3時(shí)段：WG01、WG03、WG06、WG08

E級(jí)：1時(shí)段：WG01、WG08、WG07、WG10

2時(shí)段：WG01、WG08、WG04、WG09

3時(shí)段：WG04、WG09、WG02、WG11

1.2.4 平差計(jì)算和資料整理[4]

（1）各等級(jí)GPS控制網(wǎng)之解算及平差計(jì)算采用徠卡公司之隨機(jī)軟件平差。

（2）平面坐標(biāo)成果等級(jí)點(diǎn)取至0.001m，圖根點(diǎn)取至0.001m。高程成果取至0.001m。

（3）所有埋石等級(jí)控制點(diǎn)平差成果裝訂成冊(cè)，并付該點(diǎn)點(diǎn)之記。

1.3 地形圖測(cè)繪

1.3.1 測(cè)區(qū)80坐標(biāo)系的建立

使用一步法建立坐標(biāo)系：以五強(qiáng)溪測(cè)量為例，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)選擇均勻分布的具有80坐標(biāo)的3個(gè)點(diǎn)WG06、WG03、WG04，然后使用RTK在上述3個(gè)點(diǎn)上測(cè)量WG84坐標(biāo)，再按照GPS一步法定義坐標(biāo)系操作流程，建立五強(qiáng)溪鎮(zhèn)區(qū)域80坐標(biāo)系（WQX80）。操作過(guò)程中3DCQ控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上。

1.3.2 RTK基準(zhǔn)站設(shè)置的要求

（1） RTK基準(zhǔn)站的最大作業(yè)半徑見(jiàn)表3[4]。

表3 RTK基準(zhǔn)站的最大作業(yè)半徑

（2）RTK基準(zhǔn)站必須設(shè)置在控制點(diǎn)或圖根點(diǎn)位置之上。

（3）圖根點(diǎn)和碎部點(diǎn)測(cè)量必須控制在RTK基準(zhǔn)站的最大輻射半徑內(nèi)，超出范圍就近另外設(shè)站。

1.3.3 圖根控制測(cè)量

圖根控制使用RTK進(jìn)行測(cè)量，對(duì)中桿天線(xiàn)水平氣泡必須嚴(yán)格居中，3DCQ控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上。在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻布點(diǎn)，兩兩通視，使用測(cè)釘設(shè)置。因測(cè)圖需要，可以臨時(shí)測(cè)量RTK圖根點(diǎn)。圖根點(diǎn)在使用的過(guò)程中要達(dá)到圖根導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的主要技術(shù)要求[6]。

1.3.4 碎部測(cè)量

（1）碎部測(cè)量采用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)校正合格的Leica GPS的RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量嚴(yán)格按照《技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》碎部測(cè)量主要技術(shù)要求進(jìn)行。RTK測(cè)量以前，每臺(tái)RTK必須在控制點(diǎn)或圖根點(diǎn)上校點(diǎn)，誤差控制在10mm內(nèi)，方可開(kāi)始碎部測(cè)量，3DCQ控制在0.03以下，采樣間隔控制在5s以上。開(kāi)始使用RTK測(cè)量碎部點(diǎn)時(shí)，當(dāng)儀器靠近特征點(diǎn)（特別是屋腳）時(shí)，3DCQ常常大于0.03以上，精度達(dá)不到測(cè)圖要求。于是我們采用了以下2種方法，使測(cè)圖精度達(dá)到規(guī)范要求。方法①加高天線(xiàn)法：原來(lái)RTK采用的是2m的對(duì)中桿，測(cè)量時(shí)3DCQ往往達(dá)不到0.03以下的要求，采用5m及以上的對(duì)中桿，加高天線(xiàn)高度，使測(cè)量精度達(dá)到規(guī)范要求。方法②支距法：加高天線(xiàn)后，3DCQ仍偏大時(shí)，采用支距法，測(cè)點(diǎn)時(shí)沿房屋或地物垂直方向使RTK離所要測(cè)的特征點(diǎn)2m～3m距離，3DCQ控制在0.03以下，測(cè)出坐標(biāo)后，再量取測(cè)點(diǎn)到特征點(diǎn)的距離，從而得到特征點(diǎn)位置[6]。

（2）本工程成圖時(shí)使用“南方Cass9.0軟件”進(jìn)行制圖，網(wǎng)格注記、圖幅整飾均按軟件所帶編制，將修改好的地形圖使用HP繪圖儀將地形圖打印出來(lái)，電子版直接提供給用戶(hù)使用[4]。

2.使用RTK測(cè)量與使用全站儀測(cè)量比較

2.1 從測(cè)量原理上講

全站儀測(cè)量是集經(jīng)緯儀光學(xué)測(cè)量、紅外測(cè)距、集成計(jì)算為一體的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量受前、后視和通視等條件限制，誤差積累，精度較低，RTK測(cè)量是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破[1]。野外使用RTK測(cè)量，可以一步得到測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，不受前、后視和通視等條件限制，誤差不積累，精度較高。

2.2 從人員配置上來(lái)講

以前使用全站儀測(cè)繪地形圖至少需要4個(gè)人一組，即1人觀測(cè)，1人畫(huà)草圖，2人跑前、后視。使用RTK測(cè)量，只需要2人，即1人觀測(cè)，1人畫(huà)草圖，因此一組可以減少1～2人。

2.3 從勞動(dòng)強(qiáng)度上來(lái)講

使用全站儀測(cè)量，需背儀器、三腳架、測(cè)桿等設(shè)備，遇到通視條件較差的地方，需多次轉(zhuǎn)站，設(shè)備多，重量大，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大，效益較差。使用RTK測(cè)量，儀器輕便，拿著測(cè)桿就能測(cè)量，不受前、后視和通視條件的限制，省時(shí)、省力、勞動(dòng)強(qiáng)度小，效率高。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)講

測(cè)量時(shí)，一組可以減少1～2人，以一組減少1人計(jì)算，以五強(qiáng)溪鎮(zhèn)地形圖測(cè)量為例，常駐五強(qiáng)溪3個(gè)組，就可以減少3個(gè)人，保守估計(jì)以1人1個(gè)月各種費(fèi)用合計(jì)3000多元計(jì)算，3人1個(gè)月就可以節(jié)省費(fèi)用近1萬(wàn)元，整個(gè)測(cè)繪工程耗時(shí)3個(gè)月，就可以節(jié)省費(fèi)用近3萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3.結(jié)語(yǔ)

在日常與大規(guī)模使用RTK進(jìn)行測(cè)量的工作中，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境以及3DCQ值大于精度要求時(shí)，我們?cè)谠袦y(cè)量方法的基礎(chǔ)上逐步地改進(jìn)并增加了“碎部測(cè)量的方法”，如①加高天線(xiàn)法；②支距法。具體的操作方法請(qǐng)查閱2.3.4碎部測(cè)量章節(jié)。而且取得了一些“保證測(cè)量精度要求的參數(shù)”，如①圖根控制測(cè)量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上；②開(kāi)始測(cè)量前，檢校點(diǎn)（或圖根點(diǎn)）檢核的平面與高程誤差控制在10mm內(nèi)，方可開(kāi)始碎部測(cè)量；③碎部測(cè)量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在5s以上；④如果測(cè)量時(shí)3DCQ大于0.03，那么測(cè)量點(diǎn)的精度將達(dá)不到規(guī)范要求，成圖時(shí)平面位置失真，影響左右關(guān)系，地物連接失敗，位置關(guān)系錯(cuò)位；高程數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，影響上下關(guān)系，標(biāo)高點(diǎn)不準(zhǔn)，等高線(xiàn)出錯(cuò)等。

RTK測(cè)量較全站儀測(cè)量具有多方面的優(yōu)勢(shì)：（1）精度方面，誤差不積累，精度高；（2）人員配置，可以減少1～2人；（3）勞動(dòng)強(qiáng)度，勞動(dòng)強(qiáng)度小，效率高；（4）經(jīng)濟(jì)效益，減人減物減經(jīng)費(fèi)，效益可觀。