GPS RTK配合全站儀在電廠總平面圖中的測量

馬 超，馮立楠，張德成，楊海東

(1.中國能源建設(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設(shè)計(jì)研究院)

1 引言

大型電廠總平面圖的測量工作是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜而又艱苦的測繪工作，同時(shí)又要保持較高的精度(厘米級)。采用全站儀進(jìn)行數(shù)字測圖，設(shè)站靈活，操作簡單，自動(dòng)計(jì)算，直接獲取地面三維坐標(biāo)，成為勘測、設(shè)計(jì)、施工和管理不可或缺的測量工具。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;而GPS RTK測量，可全天候測量，省去了大量的控制測量時(shí)間，無需測站間通視，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，在地形簡單、天空開闊的地區(qū)，其優(yōu)勢更加明顯，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)測量為例。

1.1 測區(qū)概況

測區(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，分布相對凌亂，近期建成的廠區(qū)建筑密度相對較小，但分布無規(guī)則，測區(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)，相對密集的高大建筑物對衛(wèi)星信號(hào)的遮擋又不適宜RTK的單獨(dú)應(yīng)用，因此測圖采用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，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 測定墻角2，按極坐標(biāo)測量以I級導(dǎo)線的要求進(jìn)行測角與量邊。

(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)線測量方法傳遞到測區(qū)的首級控制網(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)測量，以滿足全站儀對主廠房，輸煤棧橋等細(xì)部點(diǎn)測量為主。

(2)用GPS RTK測量測區(qū)內(nèi)的道路，管線。

(3)對于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)部測量

進(jìn)行廠區(qū)測量之前，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區(qū)的四周，使其能控制住整個(gè)廠區(qū)的測量，提高數(shù)據(jù)的精度。將一級導(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)測量12個(gè)地形點(diǎn)與全站儀測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

表1 兩種方法測定點(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，采用兩種方式測量，其測量數(shù)據(jù)可以相互吻合，且其精度滿足電廠測量規(guī)范要求。在RTK與全站儀測量精度可以相互吻合且滿足測量要求的情況下即可展開廠區(qū)測量工作。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)測量成圖。

1.5 測量成果檢查

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)對照，其最大點(diǎn)位中誤差為2.7 cm，精度符合要求。其次邊長檢查時(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)行邊長檢驗(yàn)。經(jīng)過量取邊長差值小于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，以滿足測量要求。

(2)與靜態(tài)GPS測量相比較，GPS RTK無足夠的幾何檢核條件，不宜用來做首級控制網(wǎng)。因此本次工程使用全站儀進(jìn)行了測區(qū)的首級導(dǎo)線測設(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)站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量及無線電信號(hào)的傳播質(zhì)量對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)測量中滿足要求，能夠快速測量采集數(shù)據(jù)。由于RTK的測量成果沒有誤差累計(jì)的特性，利用RTK測量圖根控制點(diǎn)可以滿足圖根控制測量的要求，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，保證測圖質(zhì)量。

總之，傳統(tǒng)與現(xiàn)代化的測量方式的有效結(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在測量工程中的應(yīng)用［M］.北京:測繪出版社，2007.

［2］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).火力發(fā)電廠工程測量技術(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)字測圖中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2010，(6).