基于RTK的礦山工程測(cè)量技術(shù)研究

壽國(guó)生

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.096

摘 要：該文探討了基于RTK+全站儀的礦山測(cè)量技術(shù)，首先分析了RTK的技術(shù)原理，探討了RTK結(jié)合全站儀的工作流程，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)果表明，“RTK+全站儀”模式測(cè)量精度高、點(diǎn)位精度分布均勻且不受天氣影響。

關(guān)鍵詞：工程測(cè)量 RTK 全站儀 精度

中圖分類(lèi)號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（a）-0096-02

1 RTK概論

1.1 RTK的工作原理

RTK是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的厘米級(jí)精度的三維定位結(jié)果。RTK定位測(cè)量通常是由一個(gè)基準(zhǔn)站和一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)站組成，接收機(jī)之間建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。開(kāi)始作業(yè)時(shí)，流動(dòng)站首先依次在兩個(gè)或兩個(gè)以上已知點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，和基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，得到流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的高精度GPS基線向量。同時(shí)，利用已知點(diǎn)之間GPS基線向量（間接基線）及已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求得GPS三維基線向量轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)三維基線向量的轉(zhuǎn)換參數(shù)及基準(zhǔn)點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這個(gè)過(guò)程稱為初始化，初始化完成后即可開(kāi)始測(cè)量。流動(dòng)站到待測(cè)點(diǎn)上，通過(guò)與基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)差分處理，求得基準(zhǔn)站到流動(dòng)站的高精度當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)三維坐標(biāo)差。

1.2 RTK測(cè)量系統(tǒng)的組成

RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由以下3部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)與流動(dòng)站的接收電臺(tái)組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。其基本組成至少需要一個(gè)基準(zhǔn)站和一個(gè)流動(dòng)站。

2 “RTK+全站儀”測(cè)量模式研究

利用“RTK+全站儀”測(cè)量模式在野外進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖的基本作業(yè)流程如圖1所示。

（1）控制測(cè)量。

控制點(diǎn)的首要任務(wù)是作為RTK測(cè)量的基準(zhǔn)站，測(cè)量方法可采用快速靜態(tài)相對(duì)定位模式，網(wǎng)形的連接采用邊連接，GPS接收機(jī)宜為雙頻GPS接收機(jī)并與國(guó)家點(diǎn)或本地坐標(biāo)系下的已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，求解出各點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）利用RTK測(cè)量圖根點(diǎn)。

合理選擇控制網(wǎng)中的已知點(diǎn)，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，使其作為RTK測(cè)量的基準(zhǔn)站，利用架設(shè)后的RTK基準(zhǔn)站，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行圖根控制測(cè)量。

（3）利用全站儀測(cè)量碎部點(diǎn)。

將全站儀架設(shè)于利用RTK測(cè)量的圖根點(diǎn)上，進(jìn)行后視定向，測(cè)站檢查，滿足規(guī)范要求后即進(jìn)行碎部測(cè)量并繪制草圖。

（4）利用RTK測(cè)量碎部點(diǎn)。

對(duì)于地勢(shì)上空開(kāi)闊的區(qū)域，可用RTK點(diǎn)測(cè)量模式測(cè)量碎部點(diǎn)，其測(cè)量速度較全站儀快，作業(yè)效率也更高。

（5）數(shù)字化成圖。

將采集的外業(yè)數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)處理，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成繪圖軟件所需格式并進(jìn)行展點(diǎn)，結(jié)合外業(yè)繪制的草圖進(jìn)行編輯成圖。

3 實(shí)例分析

該測(cè)區(qū)面積約0.98 km2，測(cè)區(qū)內(nèi)標(biāo)高最高+26 m，最低-61 m，高差較大且測(cè)區(qū)范圍內(nèi)有大型機(jī)械、礦車(chē)等設(shè)備作業(yè)，因此不適合采用常規(guī)全站儀測(cè)量。分析研究表明，宜采用“RTK+全站儀”模式進(jìn)行測(cè)量，相關(guān)測(cè)量設(shè)備為靜態(tài)GPSLeciaSR510 3臺(tái)，RTK為L(zhǎng)eciaGS151+ 2臺(tái)，全站儀為L(zhǎng)eciaTS02 1臺(tái)。

3.1 建立基本控制網(wǎng)

由于測(cè)區(qū)北部為灌木叢，樹(shù)高10～20 m，東北部作為臨時(shí)排土區(qū)，西部則用采場(chǎng)巖土堆積采場(chǎng)隔離堤，測(cè)區(qū)內(nèi)有大型機(jī)械作業(yè)，致使測(cè)圖控制點(diǎn)常被破壞。為此，在測(cè)區(qū)西北部和南部布設(shè)了4個(gè)靜態(tài)GPS點(diǎn)，作為測(cè)區(qū)的基本控制點(diǎn)，采用靜態(tài)GPS觀測(cè)。測(cè)量方法采用快速靜態(tài)相對(duì)定位模式，網(wǎng)形的連接采用邊連接，GPS接收機(jī)采用3臺(tái)LeciaSR510，按照E級(jí)控制網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，進(jìn)行布點(diǎn)及觀測(cè)。對(duì)觀測(cè)的外業(yè)GPS數(shù)據(jù)，利用Leica內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行基線解算、無(wú)約束平差、引入已知坐標(biāo)約束平差等工作，求解出控制點(diǎn)坐標(biāo)。為使測(cè)量成果與南山礦的坐標(biāo)系一致，在控制測(cè)量時(shí)聯(lián)測(cè)了3個(gè)礦內(nèi)高等級(jí)控制點(diǎn)。

3.2 利用GPSRTK測(cè)量圖根控制點(diǎn)

（1）基準(zhǔn)站點(diǎn)選擇。

由于基準(zhǔn)站是架設(shè)于已知的控制點(diǎn)上，因此在選擇基準(zhǔn)站時(shí)，除須遵循GPS控制點(diǎn)的基本選擇原則外，應(yīng)注意的事項(xiàng)如下。

①點(diǎn)位應(yīng)選擇在位置較高、視野開(kāi)闊的地區(qū)，有利于差分信號(hào)的傳播，有效避免信號(hào)被干擾；②選擇在交通便利的地區(qū)，應(yīng)為汽車(chē)可直接到達(dá)的地區(qū)，便于搬移儀器；③基準(zhǔn)站位置合理，由于RTK電臺(tái)發(fā)射信號(hào)的半徑一般為5～8 km，若測(cè)區(qū)范圍過(guò)大，應(yīng)考慮差分信號(hào)的覆蓋及定位精度。

（2）測(cè)量圖根控制點(diǎn)。

在選擇的基準(zhǔn)站點(diǎn)上架設(shè)GPS接收天線，按照相關(guān)的操作流程進(jìn)行對(duì)中、整平、量取天線高、連接儀器等，設(shè)置基準(zhǔn)站參數(shù)和輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)，利用已知的控制點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.3 利用GPSRTK與全站儀組合測(cè)量碎部點(diǎn)

（1）全站儀測(cè)量碎部點(diǎn)。

在利用GPSRTK測(cè)量的圖根控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，建立任務(wù)，按照設(shè)站、后視定向、碎部點(diǎn)測(cè)量、繪制草圖等操作流程，完成野外碎部測(cè)量工作。一般一個(gè)全站儀作業(yè)小組需配置1名測(cè)量員，1名繪圖員和2～3名跑鏡員。

（2）利用GPSRTK測(cè)量碎部點(diǎn)。

在地勢(shì)開(kāi)闊地區(qū)或全站儀視線阻擋地區(qū)，可利用RTK的“點(diǎn)模式”或“線模式”測(cè)量碎部點(diǎn)。在基準(zhǔn)站上安置1臺(tái)GPS接收機(jī)，按照GPS基準(zhǔn)站架設(shè)操作流程，完成基準(zhǔn)站的安置，另外1臺(tái)或多臺(tái)GPS接收機(jī)作為流動(dòng)站，進(jìn)行待測(cè)碎部點(diǎn)觀測(cè)。測(cè)量模式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地物情況，可采用“點(diǎn)模式”或者“線模式”。方法為1名測(cè)量人員在地形特征點(diǎn)上立測(cè)桿，設(shè)置測(cè)量模式，輸入點(diǎn)號(hào)，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)量”和“停止測(cè)量”等步驟，將測(cè)量數(shù)據(jù)保存至RTK手簿中，對(duì)一些地形地貌并不復(fù)雜的測(cè)量區(qū)域，繪制草圖的過(guò)程可省略，以便提高測(cè)量效率。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理成圖及實(shí)地檢查

（1）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖。

將采集的外業(yè)數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)（主要是剔除含粗差的觀測(cè)數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成南方CASS 7.0展點(diǎn)格式并進(jìn)行展點(diǎn)，結(jié)合外業(yè)繪制的草圖進(jìn)行編輯成圖，地形圖比例尺為1∶1 000，平面為1954年北京坐標(biāo)系。測(cè)量范圍由委托方提供，圖名為“礦山驗(yàn)收地形圖”。

（2）測(cè)量成果實(shí)地檢查。

將編輯完畢的成果圖攜帶至測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，以便發(fā)現(xiàn)有無(wú)漏測(cè)的區(qū)域和地物，特別是一些特殊地物（如電力線的連接關(guān)系），如需進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，須將補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)和圖形分別另存為一新文件并對(duì)地形圖進(jìn)行修改和補(bǔ)繪。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）“RTK+全站儀”測(cè)量模式可顯著提高工作效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并且作業(yè)靈活。在地勢(shì)開(kāi)闊的地段，可用RTK作業(yè)模式測(cè)量碎部點(diǎn)，一般地形、地物點(diǎn)僅需3～5 s便獲得精度較高的三維坐標(biāo)；而在通視效果不佳、地形條件復(fù)雜的地段，可首先用RTK給定圖根點(diǎn)位，然后利用全站儀采集數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大幅度提高作業(yè)效率。（2）“RTK+全站儀”模式測(cè)量精度高，點(diǎn)位精度分布均勻。RTK測(cè)量精度可達(dá)到厘米精度，滿足地形測(cè)量要求。同時(shí)，每個(gè)點(diǎn)的誤差隨機(jī)產(chǎn)生，不產(chǎn)生積累，成果較可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘純建，蔣亞軍，張國(guó)權(quán).RTK技術(shù)在圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].地礦測(cè)繪，2007，23（1）：30-32.

[2] 周曉華，李永興，吳根姣，等.RTK技術(shù)在控制測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].測(cè)繪通報(bào)，2007（7）：44-45.endprint