“RTK+全站儀”測量模式在礦山測量中的應用

周　權

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

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“RTK+全站儀”測量模式在礦山測量中的應用

周權

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

以馬鋼南山礦業公司和尚橋鐵礦基建剝離地形圖及土方計算測量為例，在分析GPS RTK測量原理的基礎上，分析了利用“RTK+全站儀”測量模式在礦山數字化成圖中的作業流程。結果表明:①對在地勢開闊的地段，完全可用RTK作業模式測量碎部點；②在通視效果不佳、地形條件復雜的地段，可用“RTK+全站儀”測量模式，首先用RTK給定圖根點位，然后利用全站儀采集數據，從而實現優勢互補，在顯著提高工作效率、減輕勞動強度的同時，保證測圖精度。

GPSRTK數字成圖測圖精度

隨著全球定位系統(GPS)技術的飛速發展，RTK技術在工程測繪中的應用也日趨廣泛。RTK技術具有速度快、精度高和費用省等優點，可完全滿足常規工程測量的精度要求，特別在數字測圖中，若與全站儀進行有機結合，人均作業效率可提高5倍以上，從而極大節約了作業時間，提高了經濟效益。

1　GPS RTK測量原理

GPS RTK定位技術是一種基于載波相位觀測的實時動態定位技術，能夠實時獲取測站點在指定坐標系中的三維定位結果。該技術主要由基準站和一臺或多臺流動站以及用于數據傳輸的數據通信鏈組成。在RTK作業模式下，基準站接收機架設于具有已知坐標的參考點位上，連續接收可視GPS衛星信號，并將測站點坐標、載波相位觀測值、偽距觀測值、衛星跟蹤狀態、接收機工作狀態等信息通過數據鏈發播出去，流動站接收機在跟蹤GPS衛星信號的同時通過數據鏈接收來自基準站的數據，經差分處理求解載波相位整周模糊度，得到基準站和流動站的差值(△X，△Y，△Z)。由該坐標差值與基準站的坐標相加，便可得到流動點在WGS-84坐標系下的坐標，在此基礎上利用坐標轉換參數可得出流動站各點的地面三維坐標(X，Y，Z)[1-3]。

2　“RTK+全站儀”測量模式的數字化成圖作業流程

利用“RTK+全站儀”測量模式在野外進行數字化測圖的基本作業流程如圖1所示。

(1)控制測量。根據測量規范要求并結合當地實際情況，需進行控制點布設和測量。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相對定位模式，網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測，求解出各點坐標。

圖1　數字化成圖作業流程

(2)利用RTK測量圖根點。合理選擇控制網中的已知點，求解轉換參數，使其作為RTK測量的基準站，利用架設后的RTK基準站，在測區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，作業效率也更高。

(5)數字化成圖。將采集的外業數據及時傳輸給計算機處理，將數據格式轉換成繪圖軟件所需格式，并進行展點，結合外業繪制的草圖進行編輯成圖。

3　實例分析

本測區面積約0.98 km2，測區內標高最高+26 m，最低-61 m，高差較大，且測區范圍內有大型機械、礦車等設備作業，因此不適合采用常規全站儀測量。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GPS Lecia SR510 3臺，RTK為Lecia GS15 1+2臺，全站儀為Lecia TS02 1臺。

3.1建立基本控制網

由于測區北部為灌木叢，樹高10～20 m，東北部作為臨時排土區，西部則用采場巖土堆積采場隔離堤，測區內有大型機械作業，致使測圖控制點常被破壞。為此，在測區西北部和南部布設了4個靜態GPS點，作為測區的基本控制點，采用靜態GPS觀測。測量方法采用快速靜態相對定位模式，網形的連接采用邊連接，GPS接收機采用3臺Lecia SR510，按照E級控制網的技術標準和規范要求，進行布點及觀測。對觀測的外業GPS數據，利用Leica 內業數據處理軟件，對GPS控制網進行基線解算、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，在控制測量時聯測了3個礦內高等級控制點。經數據處理，計算出的4個控制點坐標如表1所示。

表1　和尚橋鐵礦控制點坐標

注：平面坐標系為1954年北京坐標系1.5°帶，中央子午線為118°30′，高程系為(假)吳淞系。

3.2利用GPS RTK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，還須注意的事項為：①點位應選擇在位置較高、視野開闊的地區，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，宜為汽車可直接到達的地區，便于搬移儀器；③基準站位置合理，由于RTK電臺發射信號的半徑一般為5～8 km，若測區范圍過大，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，設置基準站參數和輸入控制點坐標，利用已知的控制點求解轉換參數。在合適的位置選擇圖根控制點，訂上木樁，將GPS RTK流動站置于該圖根點上，待GPS整周模糊度固定后開始RTK“點測量”模式，測量時間一般為60 s，將測量結果直接保存至手簿中。測量時需注意GPS整周模糊度是否固定、能否接收到基準站的RTK差分信號以及天線類型和天線高是否正確等。

3.3利用GPS RTK與全站儀組合測量碎部點

(1)全站儀測量碎部點。在利用GPS RTK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GPS RTK測量碎部點。在地勢開闊地區或全站儀視線阻擋地區，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。測量模式根據現場地形、地物情況，可采用“點模式”或者“線模式”。方法為：一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，將測量數據保存至RTK手簿中，對一些地形地貌并不復雜的測量區域，繪制草圖的過程可省略，以便提高測量效率。

3.4內業數據處理、成圖及實地檢查

(1)內業數據處理及成圖。將采集的外業數據及時傳輸至計算機，經處理的數據(主要是剔除含粗差的觀測數據)轉換成南方CASS7.0展點格式，并進行展點，結合外業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， 高程為(假)吳淞高程系。測量范圍由委托方提供，圖名為“和尚橋鐵礦驗收地形圖”。

(2)測量成果實地檢查。將編輯完畢的成果圖攜帶至測量現場進行檢查，以便發現有無漏測的區域和地物，特別是一些特殊地物(如電力線的連接關系)，如需進行補測，須將補測數據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　討　論

(1)“RTK+全站儀”測量模式可顯著提高工作效率、減輕勞動強度，并且作業靈活。在地勢開闊的地段，可用RTK作業模式測量碎部點，一般地形、地物點僅需3～5s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據，可實現優勢互補，大幅度提高作業效率。

(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生，不產生積累，成果較可靠。

(3)“RTK+全站儀”測量模式不受天氣影響，可全天侯作業，基本不受大霧、能見度等天氣的影響，可全天侯作業，特別是在霧霾越來越嚴重的地區，其實用性更強，可更好地適應數字化成圖的需要。

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[2]張正祿.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2002.

[3]黃聲享，郭英起，易慶林.GPS在測量工程中的應用[M].北京：測繪出版社，2007.

2016-06-01)

周權(1981—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市向山鎮。