GPS RTK與全站儀相結合在礦權核查中的應用

摘 要：RTK技術能實時提供待測點在指定坐標系中的三維坐標，在測量中縮短了外業作業時間，提高了生產效率。但RTK受信號影響較大，全站儀（免棱鏡）雖受通視條件限制，但不受信號影響，且對于人無法接近的危險地區也可進行測繪，二者相結合起到互補的作用，本文討論了GPS RTK技術的原理及其與全站儀相結合在礦業權核查中的應用。

關鍵詞：GPS RTK；免棱鏡；礦山測量

1 引 言

GPS RTK技術以其高精度、高效率、易操作等優點被廣泛的應用于各種地形測量、施工放樣等方面。在地形復雜，通視情況較差，測區面積較小的測區，RTK可以替代傳統的導線網，大大的縮短作業時間。

在鶴壁市淇縣礦業權實地核查項目中，工期緊，任務量大，地處西部山區，通視情況不好，各個礦點范圍都不是太大，但分布十分零散，此次礦業權實地核查不僅要求實地放樣每個礦區的范圍線拐點并埋石，還要針對每個礦區做2-3個基礎控制點，并測繪每個礦區的現狀地形圖，并將礦山采礦許可證允許的采礦邊界與現狀地形圖進行套合，以核查是否越界開采。利用傳統的測量方法，需要逐級布網，時間不允許，本工程就采用了GPSRTK技術；但在山坳里RTK經常會受信號影響，出現不固定現象，而且本次測繪的是礦區，很多礦山開采面十分危險，人員根本無法接近，為了彌補RTK在信號不好地方無法測繪和危險地帶人員無法接近的不足，就采用了免棱鏡全站儀進行測繪。這樣二者相結合不僅能大大縮短工期，還能保證作業人員的安全，取得很好的效果。

2GPS RTK技術的原理

GPSRTK定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供待測點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理。將這些觀測值進行差分，可削弱和消除軌道誤差、鐘差、大氣誤差等的影響，使得實時定位的精度大大提高。流動站即可處于靜止狀態，也可處于運動狀態。

3 所用儀器簡介

本次測量使用4臺華測公司的華測X—90型雙頻GPS接收機和兩臺免棱鏡的全站儀。華測X—90型雙頻GPS具有定位精確、界面友好、數據處理能力強、操作簡單的特點。RTK作業時僅需要在主機上安裝反射電臺和發射天線，在流動站上通過藍牙連接一個手簿即可。通常情況下作業半徑能達到15公里。華測X—90型雙頻GPS的標稱精度如下：

①實時定位平面精度：10+1 ppm；

②實時定位高程精度：20+1 ppm；

③動態初始化時間：一般為20s左右；

④測程：15公里。

4 求解坐標轉換參數

對于一定區域內的工程測量，我們往往利用以往的控制點成果求取“區域性”的轉換參數，以便適用于該地坐標系統。其區域性，理論上消弱了變形影響，提高了轉換的可靠性。

本工程利用2005年施測的鶴壁市D級GPS網中的D級GPS點作為起算數據進行控制測量，選取覆蓋整個測區的5個GPS點，利用這些點的WGS-84坐標和1980西安坐標兩套坐標，直接輸入手簿進行轉換參數的求解。

在求解轉換參數時，如果沒有已知點的WGS-84坐標，就需要使用上點采集的方式獲取，具體做法如下：基準站的WGS-84坐標直接從手簿中讀取，然后將流動站安置于控制點上采集WGS-84坐標，每次測量前總要先對測區進行點校正（WGS-84地心坐標與地方坐標系間的轉換）。即測前應在測區邊沿選擇至少三個分布均勻的控制點進行點校正，求解坐標轉換參數。測量時應以其它已知控制點作為檢核，當檢核精度滿足擬測量等級時，方可開始正常作業。將校正參數記錄在筆記本上，每次測量前應認真核對本參數，確保本測區參數的唯一性。

5 測量實施

（1）GPSRTK測量

作業之前首先做星歷預報。根據星歷預報選擇最佳作業時間。避開衛星數量少，PDOP過大的時段，制定可行的作業計劃，保證測量精度。

正確設置基準站和流動站后便可開始測量。對于每座礦山基礎控制點的施測，利用快速靜態GPS測量。對礦山邊界拐點和礦區現狀地形圖的測繪，直接利用RTK動態模式測量即可。

在利用RTK對地形碎部點進行測量時應注意以下問題：

①基準站的設置及作業半徑對RTK的測量精度和作業速度有直接的影響。因此基準站的位置盡量選在測區中央并且有一定的高度，以獲得最大的有效通訊半徑，避開電視、電臺發射塔、微波站、飛機場、高壓線、和大面積水域等。

②基準站GPS天線與電臺發射天線間最好應在3m以上，在量取天線高時，應注意所量取應與所設置一樣；

③流動站無線電的頻率應與基準站設置相同，流動站的位置應在基準站的控制范圍之內（具體距離由現場地形情況決定）；

④在使用RTK進行碎部點測量時，必須在RTK進入“固定”狀態后才能開始測量。

RTK測量雖然具有顯著的實時、快捷的優點，但測量的可靠性取決于數據鏈傳輸質量和流動站的觀測環境，雖然RTK技術使用了較好的數據處理方法，但畢竟RTK是利用非常有限的數據量，而且實時處理難以消除由于衛星信號暫時遮蔽、無線電傳輸錯誤所造成的誤差。在實際應用中流動站初始化經常出現錯誤，為了保證RTK的實測精度，作業中我們非常注重成果的復核。首先，在每天作業前，先將移動站設置已知GPS點上進行檢測；其次，作業過程中，當距已知點較近時，也要求進行檢核。

（2）全站儀測量

免棱鏡全站儀即全站儀不用照準反射棱鏡或反射片等專用反射工具即可測量距離的全站儀。可免棱鏡全站儀主要適用于不宜放置反射棱鏡或反射片的地方的測距。例如，觀測懸崖、石壁等地方。

在本工程中，由于測區為礦區，地處西部山區，在山坳處RTK信號不太好，而且礦區的開采面均十分陡峭危險，人員根本無法接近，為了確保數據的準確性和人員的安全，因此需要利用免棱鏡全站儀進行測繪。

首先利用RTK在信號較好且視野開闊的地方，利用快速靜態GPS的測量方法測設2-3個固定點作為架設全站儀的控制點，然后利用全站儀進行礦區邊界線拐點的測設和礦區現狀地形圖的測繪。在利用全站儀測繪時，測前測后均要進行定向檢查，以確保測量數據的正確性。全站儀彌補了RTK在信號弱區域無法測繪不足，免棱鏡全站儀解決了人員無法接近的危險地區的測繪問題。

6 內業處理

每天作業回來，要及時將測量數據傳輸到計算機，并作備份。

RTK數據的傳輸：對于利用快速靜態GPS進行的控制點測繪數據文件要以*.csv的格式導出，而對于礦區現狀地形的測繪則要以CASS格式導出。首先將手簿與電腦相連接，在測地通軟件下直接拷貝到計算機即可。對于全站儀數據的傳輸，直接利用數據線與計算機連接，在CASS環境下直接傳輸即可。

數據傳輸完成后即可在CASS軟件下繪制現狀地形圖，然后將礦山的采礦許可證中允許開采的邊界與現狀地形圖進行疊加，即可檢查出該礦是否存在越層越界開采現象。

7結束語

RTK測量實時、快捷、操作簡單，且不受通視條件限制，外業組織形式靈活，用RTK進行地形測量，大大減少了實測圖根控制和水準測量的工作量，提高了作業效率，有效的減輕作業員的勞動強度，尤其是在通視困難的地區更加明顯，但受信號影響較大。利用全站儀（免棱鏡）進行控制測量非常耗時，但它不受信號影響而且對于作業人員無法到達的危險地帶也可進行測量。RTK與全站儀測量均有各自的優點與弊端，對于礦區這樣作業條件困難的地區，采用兩種作業方式相結合能夠達到理想的效果。