周　权

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)



“RTK+全站仪”测量模式在矿山测量中的应用

周权

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)

以马钢南山矿业公司和尚桥铁矿基建剥离地形图及土方计算测量为例，在分析GPS RTK测量原理的基础上，分析了利用“RTK+全站仪”测量模式在矿山数字化成图中的作业流程。结果表明:①对在地势开阔的地段，完全可用RTK作业模式测量碎部点；②在通视效果不佳、地形条件复杂的地段，可用“RTK+全站仪”测量模式，首先用RTK给定图根点位，然后利用全站仪采集数据，从而实现优势互补，在显著提高工作效率、减轻劳动强度的同时，保证测图精度。

GPSRTK数字成图测图精度

随着全球定位系统(GPS)技术的飞速发展，RTK技术在工程测绘中的应用也日趋广泛。RTK技术具有速度快、精度高和费用省等优点，可完全满足常规工程测量的精度要求，特别在数字测图中，若与全站仪进行有机结合，人均作业效率可提高5倍以上，从而极大节约了作业时间，提高了经济效益。

1　GPS RTK测量原理

GPS RTK定位技术是一种基于载波相位观测的实时动态定位技术，能够实时获取测站点在指定坐标系中的三维定位结果。该技术主要由基准站和一台或多台流动站以及用于数据传输的数据通信链组成。在RTK作业模式下，基准站接收机架设于具有已知坐标的参考点位上，连续接收可视GPS卫星信号，并将测站点坐标、载波相位观测值、伪距观测值、卫星跟踪状态、接收机工作状态等信息通过数据链发播出去，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时通过数据链接收来自基准站的数据，经差分处理求解载波相位整周模糊度，得到基准站和流动站的差值(△X，△Y，△Z)。由该坐标差值与基准站的坐标相加，便可得到流动点在WGS-84坐标系下的坐标，在此基础上利用坐标转换参数可得出流动站各点的地面三维坐标(X，Y，Z)[1-3]。

2　“RTK+全站仪”测量模式的数字化成图作业流程

利用“RTK+全站仪”测量模式在野外进行数字化测图的基本作业流程如图1所示。

(1)控制测量。根据测量规范要求并结合当地实际情况，需进行控制点布设和测量。控制点的首要任务是作为RTK测量的基准站，测量方法可采用快速静态相对定位模式，网形的连接采用边连接，GPS接收机宜为双频GPS接收机，并与国家点或本地坐标系下的已知点进行联测，求解出各点坐标。

图1　数字化成图作业流程

(2)利用RTK测量图根点。合理选择控制网中的已知点，求解转换参数，使其作为RTK测量的基准站，利用架设后的RTK基准站，在测区范围内进行图根控制测量。

(3)利用全站仪测量碎部点。将全站仪架设于利用RTK测量的图根点上，进行后视定向，测站检查，满足规范要求后即进行碎部测量，并绘制草图。

(4)利用RTK测量碎部点。对于地势上空开阔的区域，可用RTK点测量模式测量碎部点，其测量速度较全站仪快，作业效率也更高。

(5)数字化成图。将采集的外业数据及时传输给计算机处理，将数据格式转换成绘图软件所需格式，并进行展点，结合外业绘制的草图进行编辑成图。

3　实例分析

本测区面积约0.98 km2，测区内标高最高+26 m，最低-61 m，高差较大，且测区范围内有大型机械、矿车等设备作业，因此不适合采用常规全站仪测量。分析研究表明，宜采用“RTK+全站仪”模式进行测量，相关测量设备为静态GPS Lecia SR510 3台，RTK为Lecia GS15 1+2台，全站仪为Lecia TS02 1台。

3.1建立基本控制网

由于测区北部为灌木丛，树高10～20 m，东北部作为临时排土区，西部则用采场岩土堆积采场隔离堤，测区内有大型机械作业，致使测图控制点常被破坏。为此，在测区西北部和南部布设了4个静态GPS点，作为测区的基本控制点，采用静态GPS观测。测量方法采用快速静态相对定位模式，网形的连接采用边连接，GPS接收机采用3台Lecia SR510，按照E级控制网的技术标准和规范要求，进行布点及观测。对观测的外业GPS数据，利用Leica 内业数据处理软件，对GPS控制网进行基线解算、无约束平差、引入已知坐标约束平差等工作，求解出控制点坐标。为使测量成果与南山矿的坐标系一致，在控制测量时联测了3个矿内高等级控制点。经数据处理，计算出的4个控制点坐标如表1所示。

表1　和尚桥铁矿控制点坐标

注：平面坐标系为1954年北京坐标系1.5°带，中央子午线为118°30′，高程系为(假)吴淞系。

3.2利用GPS RTK测量图根控制点

(1)基准站点选择。由于基准站是架设于已知的控制点上，因此在选择基准站时，除须遵循GPS控制点的基本选择原则外，还须注意的事项为：①点位应选择在位置较高、视野开阔的地区，有利于差分信号的传播，有效避免信号被干扰；②选择在交通便利的地区，宜为汽车可直接到达的地区，便于搬移仪器；③基准站位置合理，由于RTK电台发射信号的半径一般为5～8 km，若测区范围过大，应考虑差分信号的覆盖及定位精度。

(2)测量图根控制点。在选择的基准站点上架设GPS接收天线，按照相关的操作流程，进行对中、整平、量取天线高、连接仪器等，设置基准站参数和输入控制点坐标，利用已知的控制点求解转换参数。在合适的位置选择图根控制点，订上木桩，将GPS RTK流动站置于该图根点上，待GPS整周模糊度固定后开始RTK“点测量”模式，测量时间一般为60 s，将测量结果直接保存至手簿中。测量时需注意GPS整周模糊度是否固定、能否接收到基准站的RTK差分信号以及天线类型和天线高是否正确等。

3.3利用GPS RTK与全站仪组合测量碎部点

(1)全站仪测量碎部点。在利用GPS RTK测量的图根控制点上架设全站仪，建立任务，按照设站、后视定向、碎部点测量、绘制草图等操作流程，完成野外碎部测量工作。一般一个全站仪作业小组需配置1名测量员，1名绘图员和2～3名跑镜员。

(2)利用GPS RTK测量碎部点。在地势开阔地区或全站仪视线阻挡地区，可利用RTK的“点模式”或“线模式”测量碎部点。在基准站上安置1台GPS接收机，按照GPS基准站架设操作流程，完成基准站的安置，另外1台或多台GPS接收机作为流动站，进行待测碎部点观测。测量模式根据现场地形、地物情况，可采用“点模式”或者“线模式”。方法为：一名测量人员在地形特征点上立测杆，设置测量模式，输入点号，点击“开始测量”和“停止测量”等步骤，将测量数据保存至RTK手簿中，对一些地形地貌并不复杂的测量区域，绘制草图的过程可省略，以便提高测量效率。

3.4内业数据处理、成图及实地检查

(1)内业数据处理及成图。将采集的外业数据及时传输至计算机，经处理的数据(主要是剔除含粗差的观测数据)转换成南方CASS7.0展点格式，并进行展点，结合外业绘制的草图进行编辑成图，地形图比例尺为1∶1 000，平面为1954年北京坐标系， 高程为(假)吴淞高程系。测量范围由委托方提供，图名为“和尚桥铁矿验收地形图”。

(2)测量成果实地检查。将编辑完毕的成果图携带至测量现场进行检查，以便发现有无漏测的区域和地物，特别是一些特殊地物(如电力线的连接关系)，如需进行补测，须将补测数据和图形分别另存为一新文件，并对地形图进行修改和补绘。

4　讨　论

(1)“RTK+全站仪”测量模式可显著提高工作效率、减轻劳动强度，并且作业灵活。在地势开阔的地段，可用RTK作业模式测量碎部点，一般地形、地物点仅需3～5s便获得精度较高的三维坐标；而在通视效果不佳、地形条件复杂的地段，可首先用RTK给定图根点位，然后利用全站仪采集数据，可实现优势互补，大幅度提高作业效率。

(2)“RTK+全站仪”模式测量精度高，点位精度分布均匀。RTK测量精度可达到厘米精度，满足地形测量要求。同时，每个点的误差随机产生，不产生积累，成果较可靠。

(3)“RTK+全站仪”测量模式不受天气影响，可全天侯作业，基本不受大雾、能见度等天气的影响，可全天侯作业，特别是在雾霾越来越严重的地区，其实用性更强，可更好地适应数字化成图的需要。

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[2]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

[3]黄声享，郭英起，易庆林.GPS在测量工程中的应用[M].北京：测绘出版社，2007.

2016-06-01)

周权(1981—)，男，工程师，243000 安徽省马鞍山市向山镇。