RTK測量技術在辰州礦業的應用與推廣

周國俊 吳琪

（湖南省懷化市沅陵縣辰州礦業有限責任公司地測中心，湖南懷化 419607）

0.前言

實時動態GPS測量系統（RTK）的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶觀測站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算的定位結果，可監測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，可實時地判定解算結果是否成功，以減少冗余觀測，縮短觀測時間[1]。

實時動態GPS測量系統（RTK）是GPS測量技術與數據傳輸技術相結合，而構成的組合系統，它是GPS測量技術發展中的一個新的突破[1]。野外使用RTK測量，可一步得到測點的三維坐標，無需前、后視和通視等條件限制。誤差不積累，測量精度高。

RTK測量系統的開發成功，為GPS測量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對GPS測量技術的發展和普及，具有重要的現實意義[1]。

辰州公司引進徠卡RTK設備后，小范圍在新豎井、新風井周邊1:500地形圖測繪，5號尾礦庫1:1000地形圖測繪，大范圍在五強溪鎮5.3km21:1000地形圖測繪中得到了應用。在日常與多地使用RTK進行測量的工作中，對于復雜環境以及3DCQ值大于精度要求時，我們改進了“碎部測量的方法”，如①加高天線法；②支距法。而且取得了一些“保證測量精度要求的參數”，如①圖根控制測量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上；②開始測量前，檢校點（或圖根點）檢核的平面與高程誤差控制在10mm以內，方可開始碎部測量；③碎部測量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在5s以上，④如果測量時3DCQ大于0.03，那么測量點的精度將達不到規范要求，平面位置失真，影響左右關系，高程數據不準，影響上下關系等。不但推廣了RTK測量技術在辰州公司的應用，而且鍛煉了辰州公司測量人員隊伍，使他們在掌握全站儀測量技術的同時又掌握了RTK測量技術，在外業測量工作中使用RTK測量技術，減少了測量人員，降低了勞動強度，取得了好的社會效益和經濟效益，為地形圖測量積累了豐富的測量經驗，給礦區周邊日常測量應用RTK技術打下了堅實基礎。下面以五強溪鎮1:1000地形圖測量為例，敘述RTK的工作流程，在測量過程中需要注意的問題以及心得體會。

1.RTK的工作流程

1.1 執行規范、標準與技術要求

（1）平面采用1980年西安坐標系，高程采用1985年國家高程基準。

（2）《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T18314—2009）。

（3）《工程測量規范》（GB50026-2007）[2]。

（4）GB/T20257.1-2007國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）《測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T 24356—2009）。

（6）五強溪鎮城鎮規劃《1:1000地形測量技術設計書》

1.2 控制測量要求

1.2.1 GPS網之主要技術要求[3]（表1）

1.2.2 GPS選點與標石埋設[4]

GPS點位先在測區1:10000地形圖上進行選擇，然后實地埋設。點位便于安置儀器設備和操作，視野開闊。確保每個控制點周邊有一個以上的控制點與之通視。

GPS點均埋設永久性標石，標石標志為鋼筋加十字叉，埋設采用現澆，規格大于200mm×200mm，埋深大于500mm。

1.2.3 儀器設備之技術要求

（1）接收機之選擇。測量采用雙頻Leica GPS1200接收機，同步觀測接收機4臺。

（2）外業觀測。

1）基本技術要求[5]，如表2所示。

表2 基本要求

2）觀測作業情況：每時段采集數據前，作業員應量取并記錄天線高，記錄日期、開始時間、結束時間，記錄機器號、點號、觀測人姓名，故障情況。

一個時段觀測過程中不能進行關閉接收機又重新啟動、進行接收機初始化（發現故障除外）、改變衛星高度角、改變數據采集間隔、改變天線位置；觀測員在作業期間不能擅自離開測站；防止儀器受震動和被移動；防止人和物體靠近儀器、以免遮擋衛星信號；觀測時不能在接收機旁使用無線通訊設備，避免干擾衛星信號；在觀測過程中保證接收機正常工作，數據記錄正確，每天觀測結束后，及時將數據輸出到計算機硬、軟盤上，確保觀測數據不會丟失。

3）觀測組合嚴格按照基本技術要求制定，以五強溪鎮測量組合為例，已知控制點2個官莊、魚兒山，11個觀測點WG01～WG11。觀測組合如下[6]：

D級：1時段：官莊、魚兒山、WG06、WG08

2時段：WG01、WG03、WG06、WG08

3時段：WG01、WG03、WG06、WG08

E級：1時段：WG01、WG08、WG07、WG10

2時段：WG01、WG08、WG04、WG09

3時段：WG04、WG09、WG02、WG11

1.2.4 平差計算和資料整理[4]

（1）各等級GPS控制網之解算及平差計算采用徠卡公司之隨機軟件平差。

（2）平面坐標成果等級點取至0.001m，圖根點取至0.001m。高程成果取至0.001m。

（3）所有埋石等級控制點平差成果裝訂成冊，并付該點點之記。

1.3 地形圖測繪

1.3.1 測區80坐標系的建立

使用一步法建立坐標系：以五強溪測量為例，在測區范圍內選擇均勻分布的具有80坐標的3個點WG06、WG03、WG04，然后使用RTK在上述3個點上測量WG84坐標，再按照GPS一步法定義坐標系操作流程，建立五強溪鎮區域80坐標系（WQX80）。操作過程中3DCQ控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上。

1.3.2 RTK基準站設置的要求

（1） RTK基準站的最大作業半徑見表3[4]。

表3 RTK基準站的最大作業半徑

（2）RTK基準站必須設置在控制點或圖根點位置之上。

（3）圖根點和碎部點測量必須控制在RTK基準站的最大輻射半徑內，超出范圍就近另外設站。

1.3.3 圖根控制測量

圖根控制使用RTK進行測量，對中桿天線水平氣泡必須嚴格居中，3DCQ控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上。在測區范圍內均勻布點，兩兩通視，使用測釘設置。因測圖需要，可以臨時測量RTK圖根點。圖根點在使用的過程中要達到圖根導線測量的主要技術要求[6]。

1.3.4 碎部測量

（1）碎部測量采用經過檢驗校正合格的Leica GPS的RTK技術進行測量。測量嚴格按照《技術設計書》碎部測量主要技術要求進行。RTK測量以前，每臺RTK必須在控制點或圖根點上校點，誤差控制在10mm內，方可開始碎部測量，3DCQ控制在0.03以下，采樣間隔控制在5s以上。開始使用RTK測量碎部點時，當儀器靠近特征點（特別是屋腳）時，3DCQ常常大于0.03以上，精度達不到測圖要求。于是我們采用了以下2種方法，使測圖精度達到規范要求。方法①加高天線法：原來RTK采用的是2m的對中桿，測量時3DCQ往往達不到0.03以下的要求，采用5m及以上的對中桿，加高天線高度，使測量精度達到規范要求。方法②支距法：加高天線后，3DCQ仍偏大時，采用支距法，測點時沿房屋或地物垂直方向使RTK離所要測的特征點2m～3m距離，3DCQ控制在0.03以下，測出坐標后，再量取測點到特征點的距離，從而得到特征點位置[6]。

（2）本工程成圖時使用“南方Cass9.0軟件”進行制圖，網格注記、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，電子版直接提供給用戶使用[4]。

2.使用RTK測量與使用全站儀測量比較

2.1 從測量原理上講

全站儀測量是集經緯儀光學測量、紅外測距、集成計算為一體的測量儀器，測量受前、后視和通視等條件限制，誤差積累，精度較低，RTK測量是GPS測量技術與數據傳輸技術相結合而構成的組合系統，它是GPS測量技術發展中的一個新突破[1]。野外使用RTK測量，可以一步得到測點的三維坐標，不受前、后視和通視等條件限制，誤差不積累，精度較高。

2.2 從人員配置上來講

以前使用全站儀測繪地形圖至少需要4個人一組，即1人觀測，1人畫草圖，2人跑前、后視。使用RTK測量，只需要2人，即1人觀測，1人畫草圖，因此一組可以減少1～2人。

2.3 從勞動強度上來講

使用全站儀測量，需背儀器、三腳架、測桿等設備，遇到通視條件較差的地方，需多次轉站，設備多，重量大，費時、費力、勞動強度大，效益較差。使用RTK測量，儀器輕便，拿著測桿就能測量，不受前、后視和通視條件的限制，省時、省力、勞動強度小，效率高。

2.4 經濟效益上來講

測量時，一組可以減少1～2人，以一組減少1人計算，以五強溪鎮地形圖測量為例，常駐五強溪3個組，就可以減少3個人，保守估計以1人1個月各種費用合計3000多元計算，3人1個月就可以節省費用近1萬元，整個測繪工程耗時3個月，就可以節省費用近3萬元，經濟效益可觀。

3.結語

在日常與大規模使用RTK進行測量的工作中，對于復雜環境以及3DCQ值大于精度要求時，我們在原有測量方法的基礎上逐步地改進并增加了“碎部測量的方法”，如①加高天線法；②支距法。具體的操作方法請查閱2.3.4碎部測量章節。而且取得了一些“保證測量精度要求的參數”，如①圖根控制測量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在15s以上；②開始測量前，檢校點（或圖根點）檢核的平面與高程誤差控制在10mm內，方可開始碎部測量；③碎部測量3DCQ必須控制在0.03以下，采樣間隔控制在5s以上；④如果測量時3DCQ大于0.03，那么測量點的精度將達不到規范要求，成圖時平面位置失真，影響左右關系，地物連接失敗，位置關系錯位；高程數據不準，影響上下關系，標高點不準，等高線出錯等。

RTK測量較全站儀測量具有多方面的優勢：（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）勞動強度，勞動強度小，效率高；（4）經濟效益，減人減物減經費，效益可觀。