GPS—RTK在高原礦區大比例尺地形圖測繪中的應用

孫學林　熊建

摘 要：地形測量是礦山建設時期和生產時期的重要一環，測量工作及測量成果是為礦山生產服務的。隨著測繪科學技術迅速發展，礦山測量也不斷創新和發展，面對各種挑戰和機遇同在的關鍵時代，GPS RTK技術的廣泛應用，使得我們在測量工作中得到極大便利。云南地區山高林密，地勢起伏較大，日常工作中經常出現各種問題，導致工作進度放緩本文主要以云南普洱市某礦業公司礦區為例，結合天寶R8型GPS在礦山地形測量中的實際應用，作為探討。

關鍵詞：地形測量；GPS-RTK；應用

0 前言

測繪地形圖的作業.即對地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進行測定，并按一定比例縮小，用符號和注記繪制成地形圖的工作.現在我們使用全站儀結合GPS RTK采集野外碎步點的坐標和高程.在銀子山地形測量工作中，我們面臨著山高林密，道路不通等客觀問題。使用傳統方法用全站儀進行地形測量，則對其控制網之間的通視，測區視野等要求高，且測量進度慢，難以實現。采用GPS RTK測量系統，則無太多條件限制，單人即可操作，節約時間以及人工、成本等。

1 GPS-RTK測量系統技術簡介

1.1GPS-RTK測量系統組成

實時動態測量（RTK）Real Time Kinematic定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態GPS定位技術，它是GPS測量技術發展中的一個新突破，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術RTK技術可以運用于地形測量、工程放樣、靜態控制等多種測量工作。其技術系統配置包括以下三部分：（1）基準站接收機；（2）移動站接收機；（3）數據鏈。

1.2 GPS-RTK定位原理

基準站接收機設在具有已知坐標（也可無已知坐標，地勢較高）的參考點上，連續接收所有可視GPS衛星信號，并將測站的坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態通過數據鏈發送出去，移動站接收機在跟蹤GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據，獲取所在點相對于基準點的坐標。

1.3影響GPS-RTK測量精度的因素

影響GPS-RTK精度和可靠性的因素，GPS系統本身的影響因素是測量人員無法控制的，這些因素包括GPS衛星星數、衛星圖形和大氣狀況。RTK系統的影響因素主要包括基準站精度，模糊度解算誤差、動態基線解算誤差（已由GPS主機程序解算），坐標系統轉換誤差在于坐標轉換參數的解算。人為誤差的造成，應注意在外業測量過程中注意氣泡居中等問題的操作，用于減小偶然誤差，消除人為誤差，提高精度。

2 GPS RTK在高原礦區地形測量中應用

2.1測區概況

測區處于云貴高原西南緣，位于普洱市城區北西方向平距約45千米處，屬橫斷山系縱谷區南段，山脈與主要河流呈北西、近東西走向，受構造運動的急劇間歇抬升，河谷深切，山嶺縱橫交錯，地形復雜。區域內海拔最高點白馬山1731米，最低點為評價區南端的瀾滄江河谷，海拔650米，相對最大高差為1081米，一般切割深度一般400-1000米，平均曲率半徑為6363km。測區屬熱帶季風氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨量充沛，四季不明顯，具典型的立體氣候特征。區域內森林覆蓋率大于80%，1000米以下的河谷、丘陵和低山地帶，為季雨林分布區，林中層次結構復雜，藤本植物較多；海拔1000--1500米之間，為山地常綠闊葉林分布區；海拔1500以上，為山地針闊葉混交林分布區。

2.2儀器設備及人員配置

為保證按時保質保量完成本次測量工作，公司在設備投入和安排上力保完備和可靠、便捷。設備主要是用美國天寶R8（GPS-RTK）雙頻接收機4臺、全站儀（徠卡TCR1202）1臺作為主要的測量設備，測區所使用的儀器設備在使用前均經過嚴格的檢驗及校正。測區1：2000數字化地形圖測繪采用RTK采集數據，使用GPS數據處理軟件處理數據，室內采用南方CASS.70數字測圖軟件進行編繪的全野外數字化成圖作業方式。

2.3GPS-RTK地形測繪

2.3.1圖根控制

圖根點加密直接采用動態RTK測量，標稱精度：平面：（10+1×10-6）mm、垂直：（20+1×10-6）mm。測量前分片區采用4個等級控制GPS點進行校點，并用未參入校點的其它等級控制點進行檢核，均滿足精度要求。圖根點測量時，采用三腳支架架設GPS移動站，每個點的坐標高程測量20次，取平均值作為最后成果。圖根點的密度滿足數字化不低于4點/平方公里的要求。

2.3.1 全數字地形測繪

地形圖野外數據采集用RTK結合全站儀的方法進行。在地形起伏較小，視野開闊的地方使用RTK進行地物及地形點的坐標高程數據采集；其他植被較高且茂盛、地形復雜高差較大以及居民區等地方使用全站儀野外采點。RTK野外采點前，分片區使用該片區均勻分布的6個等級控制點進行校點，計算出該片區的轉換七參數，使用其他至少兩個以上未參入校點的等級控制點進行檢查（平面較差小于5cm，高程較差小于30√Dmm），確保地形、地物點的平面和高程數據的采集精度。校點合格后，每次開機測量之前使用1-2個控制點再次進行檢查，以保證野外數據采集的可靠性。

重要地物、地形的測繪：對地形復雜區進行重點測繪，作好記錄。居民地的各類建筑物、構筑物及主要附屬設施準確測繪實地外圍輪廓，房屋的輪廓以墻基外角為準。建筑物和圍墻輪廓凹凸在圖上小于0.4mm，簡單房屋及臨時房屋，圍墻、柵欄、欄桿等根據其永久性、規整性、重要性等進行綜合取舍。真實反映建筑結構特征。

山頂、鞍部、山脊、山腳、谷底、谷口、溝底、溝口、臺地、河川湖池岸旁、水涯線上以及其他地面傾斜變換處，均應測高程注記點。

2.3.2 全數字地形圖繪制

地形圖繪制中，主要是利用AUTO CAD、南方CASS7.0繪圖軟件。在地形圖中，按點、線、面進行分類，獨立地物以點及相應符號代碼表示，線性地物數據盡可能保持其連續性，有面積屬性的地物、地貌，其邊界數據保持連續性。

公路在圖上按實寬依比例尺表示，并注記道路等級。道路通過居民地不斷開，按真實位置繪出。明顯小路按不依比例測定，并在圖上標出。永久性的電力線、電信線準確表示，電桿、配電室位置進行實測。多種線路在同一桿架上時，只表示主要的，并用相應符號表示出來。對自然水溝、工人溝渠、壩堤以及它水利設施準確測繪，溝底適當標注高程點。

地形圖上的高程注記點分布均勻，1：2000地形圖一般為50米注記1個點，平坦及地形簡單地區可放寬至1.5倍，地貌變化較大的丘陵地、山地與高山地應適當加密。

地貌和土質的測繪，圖上準確表示其形態、類別和分布特征。對自然形態的地貌用等高線表示，崩塌殘蝕地貌、坡、坎和其它特征地貌應用相應符號或用等高線配合表示。各種自然形成和人工修筑的坡、坎，其坡度在70°以上時表示為陡坎，70°以下時表示為斜坡，當坡、坎比高小于1/2基本等高距或在圖上長度小于5mm時，不表示，坡、坎密集時進行適當取舍。陡坎、斜坡在上下方分別測注高程或測注上（或下）方高程點。

地形圖上正確反映出植被的類別特征和范圍分布，對旱地、菜地、果園實測范圍，配置相應的符號表示。地埂寬度在圖上大于1mm的應用雙線表示，小于1mm的用單線表示。地塊內測注有代表性的高程點。

對各種名稱、說明注記和數字注記準確標注，請本地村民一同進行踏勘，核實圖上所有居民地、大溝、山脊、道路等地理名稱，并表示在地形圖上。

3 GPS RTK在高原礦區地形測量精度分析

3.1測量成果質量

將測區按地形坡度劃分為3個片區，分別對地物點的平面和高程精度進行統計，結果如下：

通過對表3-1及表3-2的分析，在使用GPS-RTK進行測量時，地形地貌的復雜程度對地形圖成圖精度影響不明顯，但是地表植被覆蓋會對地形圖精度造成一定影響，主要原因是影響GPS-RTK衛星信號，進而影響測圖精度。但總體來講，均能滿足大比例尺地形圖測圖的精度要求。

3.2GPSRTK技術優越性分析

1）測量精度、可靠性較高

RTK技術能夠滿足礦山實地測量中對導線和四等水準測量的要求。由于RTK技術不同于常規的控制測量，不可能完全用常規控制測量的技術標準來衡量，尤其是在邊長較短的相鄰點表現比較明顯。RTK技術的測量誤差均勻、獨立，不存在誤差積累，精度可靠程度較高。

2）操作簡便、靈活

RTK技術操作簡便，靈活方便，工作狀態穩定。能快速、準確地測定圖根點、工程點的坐標和高程，實時提供精度可達厘米級經檢核的三維坐標。與傳統的測圖方法相比，人員少，費用省，效率高。

3.3GPSRTK技術存在的問題與對策

雖然RTK技術在礦山測量中有較廣闊的應用前景，但是由于礦區特殊的環境，存在一些不利于RTK作業的因素，如山谷和森林等。在應用中，就發現一些測量過程中的一些問題：

1）受衛星狀況限制

當衛星系統位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋，容易產生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區、城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業時間受限制。產生假值問題采用RTK測量成果的質量控制方法可以發現。作業時間受限制可由選擇作業時間來解決。

2）天空環境影響。

白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。我們做過試驗，在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，上午12點之前和下午2：30分之后，RTK測量結果準而快，而中午時分，很難進行RTK測量，可見選擇作業時段的重要性。

3）數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小的問題

RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。另外，當RTK作業半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機型在不同的環境又各不相同）時，測量結果誤差超限，所以RTK的實際作業有效半徑比其標稱半徑要小很多，工程實踐和專門研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，RTK比靜態GPS還多出一些誤差因素如數據鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態測量相比，RTK測量更容易出錯，必須進行質量控制。

4 結論

實踐證明GPSRTK測量技術給礦山測量帶來了重大的技術手段變革，極大地方便了測量工作者的日常工作，隨著其技術的不斷進步，必將給礦山測量帶來更大的便利，它改變了傳統的測量模式，它能夠實時完成厘米級定位精度和在不通視的情況下遠距離測量坐標，它具有需要的測量人員少、速度快、不需要同時觀測、精度高等特點，能夠極大地提高工作效率。但是它的作業方式是依賴于有足夠的衛星數、穩健的數據鏈等外界條件，在礦山測量中顯得很突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善GPS RTK技術，尋求先進的作業方式。

參考文獻

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[6]《全球定位系統（GPS）測量規范》；GB/T18314-2009；國家質量技術監督局，國家標準化委員會發布；2009年.

作者簡介：

1.孫學林，1983年6月28日，男，漢，重慶綦江，大專，工程測繪，671000，云南能源職業技術學院

2.熊建，1983年12月22日，男，漢，四川南充，大專，建筑工程，671000，濟南大學