礦區(qū)地形圖測繪中RTK技術(shù)的應用

賴興全

（重慶原創(chuàng)規(guī)劃設(shè)計有限公司 重慶市合川區(qū) 401520）

礦區(qū)地形圖測繪中RTK技術(shù)的應用

賴興全

（重慶原創(chuàng)規(guī)劃設(shè)計有限公司 重慶市合川區(qū) 401520）

本文首先介紹了RTK的工作原理，然后結(jié)合具體的實例，對礦區(qū)地形圖測繪中運用RTK技術(shù)進行了解釋說明。通過具體實例可以得知，RTK技術(shù)作業(yè)效率高、測量精度高，能夠適應礦區(qū)地形圖測繪工作的實際需要，可以收到良好的效果，在實踐中值得進一步推廣和運用。

地形圖；測繪；RTK；基準站；流動站

1 引言

礦山所產(chǎn)的資源是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要保障，為世界各個國家的經(jīng)濟、社會發(fā)展提供重要的物質(zhì)支持。礦山開采重點就是山區(qū)、井下開采，因人為建設(shè)致使某些特殊情況時常出現(xiàn)，例如：控制點通視不佳、嚴重破壞測量點等情況。對礦山進行測量工作時，最初采用經(jīng)緯儀、水準儀測量高程、角度等參數(shù)，通過測量數(shù)據(jù)建立控制網(wǎng)絡(luò)，但是傳統(tǒng)的測量技術(shù)無法滿足測量精度、效率的要求。RTK技術(shù)具有全天候、自動化、精度高等優(yōu)點，廣泛應用到礦山地形圖測繪作業(yè)中。

2 RTK技術(shù)簡介

事實上，RTK作為一種實時動態(tài)測量技術(shù)，主要是以載波相位為基礎(chǔ)的一種測量技術(shù)，其定位原理如圖1所示。在工作的時候需要通過兩臺或者是兩臺以上的GPS接收機來接收衛(wèi)星信號。其中一臺GPS接收機需要放置在已知坐標的工作基站，另外的GPS接收機則視作為移動站而存在。在RTK的模式下，利用數(shù)據(jù)鏈，基站就能夠觀測到相應的數(shù)值與觀測站某一坐標信息，并將其傳送給移動站。從這就可以看出，在這樣的工作原理下，移動站不僅要利用熟練來接受基準站的數(shù)據(jù)，還需要采集到GPS觀測的數(shù)值，同時在系統(tǒng)內(nèi)進行實時處理。在實際工作的時候就會發(fā)現(xiàn)RTK技術(shù)并不會很容易受到外界條件的影響。在工作條件滿足的情況下，就能夠快速、高校地完成定位作業(yè)。RTK系統(tǒng)主要有基準站接手機、對中桿、電纜、topcontools軟件、電臺、三腳架與流動站接收機。

圖1 RTK定位原理示意圖

3 礦區(qū)地形圖測繪中RTK技術(shù)運用的實例

3.1 測區(qū)概況

某測區(qū)為采煤塌陷區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)有多處障礙物，如麥田和魚塘，附近的居民點很少，地形較平坦，起伏較小，該區(qū)的地貌比較單一。測區(qū)內(nèi)有河流穿過，區(qū)內(nèi)樹木很多，交通十分不方便，通視條件很差。

3.2 前期準備工作

3.2.1 測繪依據(jù)和設(shè)備

測繪依據(jù)主要包括以下幾種：GPS測量規(guī)范、GPS城市測量技術(shù)規(guī)程、地形圖平板儀測量規(guī)范、地形圖圖式、合同的其它特殊要求。測量的設(shè)備主要包括以下幾種：RTK基準站雙頻接收機一臺、RTK流動站雙頻接收機兩臺、測圖軟件cass4.0一套，筆記本電腦一臺、其它的通訊設(shè)備。在測量之前，對于相關(guān)的設(shè)備需要檢測，以保證其性能和精度符合測量的各項要求。

3.2.2 收集測量點的資料

采用RTK技術(shù)對礦山進行測量工作前，應向?qū)ΦV山資源進行勘探，收集測量點的相關(guān)資料。通過RTK測量定位儀器展開測量工作時，流動站地形點的測量時間控制為2s，控制點時間為15s。基準站地形點和控制點所用的觀測時間分別為2s、15s。如果測量區(qū)域不存在控制點，可以設(shè)置相應的GPS控制網(wǎng)。為保障地面網(wǎng)與GPS網(wǎng)高程與聯(lián)合平差能夠合理轉(zhuǎn)換，必須認真分析、布設(shè)礦區(qū)的控制點，控制點數(shù)量>4個，均勻分布在整個礦區(qū)。

3.2.3 合理設(shè)置基準站位置

對礦山進行測量工作時，要合理設(shè)置基準站站址，其設(shè)置位置不得與大功率無線電過近。基準站的站址可以分為已知點和非已知點，使用PSION采集器輸入基準站的坐標、發(fā)射間隔等參數(shù)，主機與電臺Tx/Rx燈發(fā)出閃爍信號表示設(shè)置成功。為確保RTK技術(shù)對礦山測量的進度，設(shè)置基準站應遵循以下原則：①基準站盡量設(shè)置在地勢較高、通視效果好、覆蓋面廣的區(qū)域，最好設(shè)定在檢測區(qū)域的中央；②因南北極周圍是衛(wèi)星信號的空洞區(qū)域，為確保測量數(shù)據(jù)的精度和工作效率，可以將基準站電線架設(shè)至GPS接收機的北方。

3.2.4 轉(zhuǎn)換待測礦區(qū)的坐標

RTK技術(shù)對礦區(qū)測量時獲得WGS-84坐標，礦山測量主要使用北京坐標系或獨立坐標系，因此，運用RTK技術(shù)進行測量工作時要將坐標進行轉(zhuǎn)換。如果測量礦區(qū)的規(guī)模較大，必須在測量前對參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，便于直接測量工作時直接輸入坐標參數(shù)和基準站坐標值。臨時求解待測區(qū)域轉(zhuǎn)換參數(shù)方法如下：①創(chuàng)建基準站，收集單點定位WGS-84坐標值。②采用流動站檢測高等級的控制點，一般聯(lián)測三個以上求解待測區(qū)域的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.2.5 測定礦區(qū)地面形變

如果待測礦區(qū)地面點高程及水平為止等在不同時間段開展測量工作，隨之比較分析獲得測量數(shù)據(jù)，從而得到地面點為止下沉數(shù)值及水平位移等各項參數(shù)，從而為地面變形分析和預測工作提供重要參考。一般使用地變形監(jiān)測網(wǎng)開展這項測量工作，具體操作步驟如下：①合理設(shè)置待測礦區(qū)形變觀測點、基準點，借助全站儀測量監(jiān)測網(wǎng)的長度及角度，使用水準儀測量各測點的高差值，從而計算出待測網(wǎng)點的高程及水平位置。②對礦區(qū)地面形變情況展開測量時，使用GPS中的坐標轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、計算分析等方法獲得最佳的測量結(jié)果。

3.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)的采集包括三個部分，外業(yè)、碎部點和內(nèi)業(yè)。①外業(yè)數(shù)據(jù)采集。在對外業(yè)數(shù)據(jù)進行采集之前，需要熟悉合同的情況，對測區(qū)有基本的了解，并制定外業(yè)觀測計劃。a.基準站的布設(shè)。在位置上，基準站應該滿足接收設(shè)備和便于操作的功能，保證視野開闊。值得注意的是，基準站周圍不得有物體強烈干擾接受衛(wèi)星信號，為了獲得最佳的數(shù)據(jù)通訊有效半徑，應盡可能將基準站布設(shè)在位置較高的地方。b.基準站設(shè)置。當接收機、天線等安裝好之后，等到電臺指示燈顯示發(fā)出通訊信號之后，這時流動站就可以開始工作。c.流動站工作。建立項目、設(shè)置流動站參數(shù)、需要注意的是參數(shù)必須與基準站、電臺相互匹配，在點校正的時候，可以運用已知點的平面和大地坐標進行。接收機和電臺接通之后，接收機可以收到測量數(shù)據(jù)，并可以在較短的時間之內(nèi)，獲知所測點的三維坐標。②碎部點數(shù)據(jù)采集。通過點校正，RTK接收機能夠?qū)崟r得到地形點在當?shù)刈鴺讼迪碌娜S坐標。可以通過RTK的放樣功能，掌握圖框的四個邊界，這樣就能夠保證測點在繪圖區(qū)域范圍之內(nèi)。一位測量人員在地形特征點上立測桿，然后將點號輸入，與此同時還要輸入特征編碼，對數(shù)據(jù)進行保存。另一位測量人員則繪制草圖，以便對成圖情況進行業(yè)內(nèi)檢查。③內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集。

白天外業(yè)采集數(shù)據(jù)之后，晚上需要對數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。①RTK數(shù)據(jù)下載，將數(shù)據(jù)下載到電腦上，然后進行數(shù)據(jù)的輸出，以實現(xiàn)RTK數(shù)據(jù)和測圖軟件數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，這樣做能夠為內(nèi)業(yè)成圖做好準備。②繪制地形圖。為了繪制地形圖，需要打開CASS4.0，啟用展點命令，輸入數(shù)據(jù)文件名，然后繪制草圖，并對圖形進行編輯，連線成圖。對于與地形圖規(guī)范要求存在差別的地方，需要對其進行編輯和處理。

3.4 實地檢查和精度分析

等到外業(yè)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集完成之后，使用繪圖儀將樣圖打出來，然后拿著樣圖去測區(qū)實地檢查。①需要檢查的是點位精度，先測量出待檢測點的三維坐標，然后讀出圖上坐標，再將二者進行對照，誤差為0.1mm，保證符合精度要求。②需要對地形和地物進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有漏測的地物，則需要及時進行補測，并繪制補測草圖。按照測圖的相關(guān)要求，圖根點對于最近三角點的平面位置中，誤差不得大于圖上0.1mm，換算成實地點位誤差在20cm之內(nèi)。RTK測點的點位誤差在1.5～2cm之間，完全滿足精度要求。碎部點對于平面位置中誤差不得大于圖上0.6mm，也滿足了精度要求。

4 結(jié)束語

通過上述實例可以得知RTK技術(shù)具有以下幾個特點：①作業(yè)效率高，使用RTK技術(shù)，流動站在每個地物地貌點上的觀測時間僅為5s左右；②測量精度高，測量精度可達到厘米級；③節(jié)約人員，RTK流動站的操作、繪圖只需2人，在基準站設(shè)置后，能夠自動運行，節(jié)約了大量人員；④節(jié)省費用。運用RTK技術(shù)能大大縮短作業(yè)時間，從而節(jié)省了大量的人力和物力，節(jié)省了成本；⑤點位精度分布較均勻，每個點的誤差均為隨機產(chǎn)生，這樣就不會產(chǎn)生誤差積累，從而大大提高了成果的精度和可靠性。總之，RTK技術(shù)適應了礦區(qū)地形圖測繪的需要，在設(shè)計運用中能夠收到良好的效果。

[1]潘健，縱坤，劉洪豐.GPS RTK技術(shù)在礦區(qū)1：2000地形圖測繪中的應用[J].能源技術(shù)與管理，2011（2）：146～147.

[2]梁家明，劉凡.GPS RTK技術(shù)在公路地形圖測繪中的應用[J].四川水利，2015，36（3）：59～61.

[3]廖雄，王敏.RTK技術(shù)在中塘河流域帶狀地形圖測繪中的應用[J].浙江測繪，2010（2）：61～62.

TD173

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1004-7344（2016）12-0169-02

2016-4-6