基于雙頻RTK測量系統的平面控制網測量

柴文彥

（陽煤集團安澤登茂通煤業有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

在實際的測量工作進行中，地面控制系統會存在不同程度的破壞。而破壞之后的測量系統很難滿足礦區的測量精度要求，同時井田范圍內的地形地貌也發生了較大程度的變化。為有效保證測量工作的高效精確的進行，需要對礦井的出壓煤量做出較為準確的計算。基于此工程現狀，某煤礦對其礦井的平面控制網進行了重新的布置，對井田的地形圖按照1∶3000的比例進行了重新測量。由于陀螺經緯儀在測量過程中不會受到地球磁場及外部氣候環境的影響，因此可以根據實際需要確定目標的位置，同時借助陀螺經緯儀對地質環境進行了偏心觀測。

1 測量系統組成及工作原理

1.1 系統組成

雙頻RTK系統由基準站、流動站及通訊系統組成[1]。基準站主要包含數據發射臺、雙頻接收器、電源、GPS天線、電臺天線及支架等部分。移動站主要包含電臺天線、GPS天線、雙頻接收器、數字信號接收器及電源、支架等組成，同時還包含多RTK收集到的數據通過掌上控制器進行分析匯總，同時還包含對中桿等附屬裝置。

1.2 工作原理

RTK測量系統是一種以載波相位為測量依據的GPS測量技術，它的測量過程屬于實時動態測量[2]。基本工作原理為：基準站將接收到的衛星信號（包括測量偽距及載波相位測量值）和基準站的基本信息（包括基準站的坐標，GPS天線高度等）都通過RTK測量系統傳送到移動站，移動站不僅需要接收衛星傳送的數據，同時還需要接收基準站傳送的數據。當移動站的數據進行初始化操作之后，可以將其接收的數據信息傳送至電腦的信息控制器內進行后續操作。收集的數據可以進行實時求解，得出兩個測量點之間的基礎數據，通過兩個站上的GPS觀測值用on the fly算法計算載波的整周模糊度，再由一定的相對定位數學模型計算出移動站所在點的精確坐標及各種精度指標。此項操作對于接收器有較高的要求，通常情況下RTK系統的測量精度可以精確到厘米級。

2 測量方法

2.1 基準站選擇

由于GPS衛星發射器位于距離地表約為兩萬公里的高空中，因此，衛星發出的信號會受到大氣中對流層及電離層的干擾[3]。最終導致地面基準站接收到的信號僅有50～180 dB。如果需要在發射的無線電波中尋找到需要的GPS信號數據，需要保證基準站遠離容易產生電磁干擾的電子設備，常見的干擾設備包括電視臺、微波站、變電站及信號發射塔等無線電子設備。此外，當基準站周圍存在較多反射物時也會對測量的精度產生影響。

根據測量地區的相關地質資料，測量范圍內共設置五個平面控制點，經過實地勘查后結果證明五個平面控制點均能夠滿足測量精度的需求。五個測點中除水塔點以外都設置有雙層鐵質標架，為GPS測量造成了極大的困擾。其中，卜村測點附近由于存在居民建筑物遮擋，給測量工作帶來了極大的困擾，而昭慶測點由于距離測量位置較遠，因此設置其余三個控制點作為基準站。各基準站的控制點建立如下頁圖1所示。

2.2 移動站設定

如圖1所示，在整個測區內共設置26基本測點，其中包含3個高級測點。根據此礦的測量區域要求及后期的繪圖精度要求，需要對第一層的平面布置網系統進行布設。根據各測點的設置情況，測點有些位于礦井附近的稻田及公路上，有些位于居民建筑物上。由于礦井的平面布置網屬于D級平面網，根據測量規程規定，測點的澆筑可以采用混凝土澆灌模式，測點的基地為普通的標石。

圖1 測量目標礦GPS控制網圖

2.3 平面測量坐標的確定

已有的GPS測量結果是基于WGS-84體系下的，但目前關于測量數據的精度要求需要依據Beijing-54或測量區域當地的測量標準，因此，測量需要根據測量地區的實際地質情況及相關的測量規范進行坐標系統的轉換工作。在靜態測量條件下，大多數測量數據的轉換需要在后臺進行，但RTK的測量方法屬于實時數據，在測量過程中需要根據當地的實際坐標情況調整控制器上預先配置的軟件處理系統，這一系統可以將測量得到的數據自動轉換為用戶最終需要的測量結果。

測量區域面積（S）為7.5 km2，選定的測區位于第6區域內的第20帶，此區域的中央子午線為117°，平均橫坐標值（Xq）為6.5 km，整個區域內的地面標高（H）為35 m。依據測量得到的數據計算投影長度的變形值，具體計算方法為：δ=（0.001 23Xq-此測量值不在±2.5的范圍內，小于目前《城市測量規范》中的規定值。由此，本文選用的測區選擇的坐標系類型為高斯正形平面直角坐標系，子午線位置的選擇仍為117°，水平投影選擇的投影平面為黃海的平均海平面。

2.4 控制網的測量方法

在進行野外測量時需要選用6臺GPS測量儀同時進行測量工作，觀測的方式以同步觀測為主、異步觀測為輔，整體的測量選擇動態的測量方式。由于測量工作需要分時段測量，每次測量的時間間隔基本在50 min左右，在完成規定測量任務的同時應當保證某些邊界存在重復測量的情況，測量的限差及精度都應當滿足國家相關測量規定的要求。在本次測量過程中，相關參數的測量要求如表1所示。

在測量過程中，由于位于官口及后邵的兩個測點處都安裝有鐵質的雙層標架，導致架設GPS進行觀測時存在較大的困難。由此，在進行GPS觀測工作時，需要依托經緯儀采取偏心觀測的觀測方法，將觀測的距離控制在4 050 m之間，利用高精度測量儀對兩點之間的距離進行精確測量，從而得出對應測點的坐標。

表1 控制網施測標準要求

為保證測量結果的準確性，在測量工作開始前，首先需要根據測量的計劃編制對應的測量計劃表，在測量前預先對用于測量工作的GPS進行監測監控。同時，在測量的過程中需要根據觀測前確定的觀測時間間隔進行同步觀測，信號接收器需要在每一次觀測工作開始前完成設備的靜置及預熱處理。每次測量結束后需要按照預先設置的測量規定完成各項測量數據的記錄工作，同時在測量過程中及時對測量設備的穩定情況進行監測。在每時段完成測量工作之后需要對天線高度分別測量，保證兩次天線測量的高度差在3 mm以內，數據處理時選擇兩次測量數據的平均值作為天線的高度值。

3 測量精度評估標準

根據測量區域的地質環境條件設定的平面控制網系統共包含基線82條，其中長度最長的基線長度可以達到9 300 m，最短的基線長度僅為135 m，整個平面控制系統內的基線平均長度為1 530 m，各基線之間相互交匯共形成75個閉合的環狀測量區域。各閉合圈中最大的閉合差為2.7×10-6，最小閉合差為0.05×10-6，各點之間的均方差最大值可達0.063 m，最小均方差值0.062 m。通過對測量得到的數據進行分析匯總后可知處理之后二維平差的最大精確度可達到1/58 363，最小的精確度可以達到1/1 113 172 153，這些測量值都能夠滿足測量規范要求。測量過程中對高程值的處理主要為二次曲面擬合，但由于通過GPS測量得到的高程值精度較低，同時測量區域存在高程異常的情況，因此，此次測量工作得到的高程值不能作為施工指導數據，僅能作為參考。

4 結論

1）在測量過程中將雙頻RTK系統于高精度陀螺經緯儀結合進行測量工作，通過高精度經緯儀的測量有效解決了測量過程中的偏心問題及已知基站數據不完善等問題，有效提高了測量的精度及測量效率。

2）GPS測量技術具有測量效率高、自動化程度高、測量精度高及工作時間較長等特點，同時在測量的過程中不會被外部環境因素及測量區域內的障礙物干擾。有效節省了野外測量的工作時間，同時配備有專用的數據處理軟件，在提高測量精度的同時有效增加測量的效率。