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.中國能源建設集團黑龍江省電力勘察設計研究院;2.大慶榆樹林油田有限責任公司工程技術研究所;3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院)

1 引言

大型電廠總平面圖的測量工作是一項系統、復雜而又艱苦的測繪工作，同時又要保持較高的精度(厘米級)。采用全站儀進行數字測圖，設站靈活，操作簡單，自動計算，直接獲取地面三維坐標，成為勘測、設計、施工和管理不可或缺的測量工具。其缺點是要求通視，受地形和人為因素影響大，并且需要建立足夠的控制點，作業量大，投入也大，外業時間較長;而GPS RTK測量，可全天候測量，省去了大量的控制測量時間，無需測站間通視，工作效率很高，定位精度均勻，作業自動化，集成化程度高，在地形簡單、天空開闊的地區，其優勢更加明顯，但在單基站模式下受到作業半徑的限制或遇到大障礙物時，就很難接收到衛星和無線電信號，即使能夠得到數據，精度也受很大影響。若將GPS RTK技術與全站儀相結合使用，進行優化組合，取長補短，既提高了工作效率，又保證了成果的精度。

1 GPS RTK配合全站儀測圖實例

以雞西市滴道區煤矸石電廠廠區擴建平面圖(1:500)測量為例。

1.1 測區概況

測區位于雞西市滴道區，在原有老廠基礎上向北端擴建廠區。其中早期建成的廠區建筑物較為密集，分布相對凌亂，近期建成的廠區建筑密度相對較小，但分布無規則，測區內有煙囪、冷卻塔、主廠房等高大建筑物和設備。凌亂的廠區不適宜應用全站儀作業，相對密集的高大建筑物對衛星信號的遮擋又不適宜RTK的單獨應用，因此測圖采用GPS RTK與全站儀配合使用的方式進行作業。

1.2 技術實施

測區為多年建成的老廠區，原有的控制點全部破壞，為配合廠區擴建，電廠平面圖采用建筑坐標系測量，根據主廠房外墻角建立坐標系統。儀器采用天寶GPS RTK與拓普康N750全站儀配合使用，作業前儀器均通過檢測，性能和精度均符合標稱精度。工作首先需要恢復坐標系統，由主廠房建立建筑坐標系統的方法如下。

(1)如圖 1 所示，1-1，1-2，1-3 為導線點，從 1-1 測定墻角2，按極坐標測量以I級導線的要求進行測角與量邊。

(2)先假定1-1的坐標和1-1至1-2的方位，算出1-2的假設坐標，然后按極坐標算1和2兩點的假設坐標。

(3)由1、2兩點的兩組坐標(建筑坐標和假設坐標)反算出坐標軸之夾角θ，改正假定方位角，使之變成建筑坐標系的方位角。

(4)根據所求的方位角，1-1算出2號點的?A及?B，由2號點之建筑坐標反求出1-1的建筑坐標。

(5)1-1的坐標和1-1至1-2的方位角即新設建筑坐標系統的起始讀數。用導線測量方法傳遞到測區的首級控制網上。

圖1 建立建筑坐標系統示意圖

1.3 作業安排

根據已有的儀器設備、技術資料、結合測區的地形特征，作業分工如下。

(1)使用拓普康N750型1″全站儀在廠區內進行四等導線布設測量，以滿足全站儀對主廠房，輸煤棧橋等細部點測量為主。

(2)用GPS RTK測量測區內的道路，管線。

(3)對于RTK采集有困難的地形地物用全站儀補充采集。

1.4 廠區內的細部測量

進行廠區測量之前，首先在解算出的一個導線點上架設RTK基準站，然后用快速靜態的方式分別采集其他導線點的84坐標，之后結合已有的建筑坐標進行RTK的七參數解算。參加解算的點位基本上均勻分布于測區的四周，使其能控制住整個廠區的測量，提高數據的精度。將一級導線成果作為真值，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 為了進一步檢驗GPS RTK的測量精度，同時檢驗與全站儀數據的吻合性，隨機測量12個地形點與全站儀測量數據進行比較。

表1 兩種方法測定點位坐標之差 mm

從表 1 中結果可以看出:點 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12各點的坐標差和點位之差都較小，而1、5、12三點的坐標差及點位之差稍大。若考慮全站儀為1″精度，其精度較高，又由于參加測量的RTK參數為多點參與解算，且其為快速采集84坐標，綜合以上情況，采用兩種方式測量，其測量數據可以相互吻合，且其精度滿足電廠測量規范要求。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測量工作。在老廠區位置，由于建筑物多為高大建筑物，因此使用全站儀進行測量，在新建廠區部分，除建筑物外，管道的起、終、轉、交點均可用RTK采集。數據采集完畢后，將數據傳輸至計算機，使用數字成圖軟件，完成廠區測量成圖。

1.5 測量成果檢查

待所有內外業完成后，進行廠區內的實地檢查，查找是否有漏缺點，進行點位精度檢查。點位精度檢查首先使用GPS RTK測量出待檢查點的坐標，然后與計算機數字成圖坐標對照，其最大點位中誤差為2.7 cm，精度符合要求。其次邊長檢查時采用經過檢驗合格的鋼尺量距，一般量取比較穩定且重要的主廠房墻角點進行邊長檢驗。經過量取邊長差值小于5 cm，滿足需要。

2 注意事項

通過實例可發現以下幾點應注意的問題。

(1)GPS RTK采點必須保持凈空。不能有遮擋，以使其能夠接收到高度角＞15°且不少于5顆的有效衛星，進行RTK的初始化固定解算。同時要求衛星幾何圖PDOP＜6，以滿足測量要求。

(2)與靜態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。因此本次工程使用全站儀進行了測區的首級導線測設。

(3)GPS RTK定位的數據處理主要是基準站和流動站之間的單基線處理，而基準站和流動站的觀測數據質量及無線電信號的傳播質量對定位精度的影響極大。因此應該把基準站設立在需要進行GPS RTK測量區域內的較高點上，并提高基準站和流動站天線的架設高度。

(4)GPS RTK高程精度低于平面精度，需要高精度高程數值時，應該注意校核。

3 結論

(1)經過實踐檢驗，RTK在廠區測量中滿足要求，能夠快速測量采集數據。由于RTK的測量成果沒有誤差累計的特性，利用RTK測量圖根控制點可以滿足圖根控制測量的要求，大大提高作業效率。

(2)利用全站儀和GPS RTK聯合測量碎步點，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，避免了單獨使用GPS RTK或全站儀單獨作用的局限性。

(3)GPS RTK在測量時由于信號遮擋等原因容易造成粗差，因此有必要使用全站儀進行必要的檢核，保證測圖質量。

總之，傳統與現代化的測量方式的有效結合提高了作業效率，作業模式值得推廣。

:

［1］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.

［2］中華人民共和國國家發展和改革委員會.火力發電廠工程測量技術規程［S］.2005.

［3］張書華，李小顯.RTK協同全站儀聯合采集數據有關問題分析［J］.地理空間信息，2007，(5).

［4］李清華，姜贇.GPS-RTK與全站儀聯合作業在數字測圖中的應用［J］.地理空間信息，2010，(6).