賴興全

（重慶原創(chuàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yīng)用

賴興全

（重慶原創(chuàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shí)例，對礦區(qū)地形圖測繪中運(yùn)用RTK技術(shù)進(jìn)行了解釋說明。通過具體實(shí)例可以得知，RTK技術(shù)作業(yè)效率高、測量精度高，能夠適應(yīng)礦區(qū)地形圖測繪工作的實(shí)際需要，可以收到良好的效果，在實(shí)踐中值得進(jìn)一步推廣和運(yùn)用。

地形圖；測繪；RTK；基準(zhǔn)站；流動站

1 引言

礦山所產(chǎn)的資源是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要保障，為世界各個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展提供重要的物質(zhì)支持。礦山開采重點(diǎn)就是山區(qū)、井下開采，因人為建設(shè)致使某些特殊情況時(shí)常出現(xiàn)，例如：控制點(diǎn)通視不佳、嚴(yán)重破壞測量點(diǎn)等情況。對礦山進(jìn)行測量工作時(shí)，最初采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用到礦山地形圖測繪作業(yè)中。

2 RTK技術(shù)簡介

事實(shí)上，RTK作為一種實(shí)時(shí)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(shí)候需要通過兩臺或者是兩臺以上的GPS接收機(jī)來接收衛(wèi)星信號。其中一臺GPS接收機(jī)需要放置在已知坐標(biāo)的工作基站，另外的GPS接收機(jī)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(yīng)的數(shù)值與觀測站某一坐標(biāo)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(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還需要采集到GPS觀測的數(shù)值，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。在實(shí)際工作的時(shí)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(zhǔn)站接手機(jī)、對中桿、電纜、topcontools軟件、電臺、三腳架與流動站接收機(jī)。

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(yùn)用的實(shí)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(diǎn)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(zhǔn)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(zhǔn)站雙頻接收機(jī)一臺、RTK流動站雙頻接收機(jī)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(xiàng)要求。

3.2.2 收集測量點(diǎn)的資料

采用RTK技術(shù)對礦山進(jìn)行測量工作前，應(yīng)向?qū)ΦV山資源進(jìn)行勘探，收集測量點(diǎn)的相關(guān)資料。通過RTK測量定位儀器展開測量工作時(shí)，流動站地形點(diǎn)的測量時(shí)間控制為2s，控制點(diǎn)時(shí)間為15s?；鶞?zhǔn)站地形點(diǎn)和控制點(diǎn)所用的觀測時(shí)間分別為2s、15s。如果測量區(qū)域不存在控制點(diǎn)，可以設(shè)置相應(yīng)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(rèn)真分析、布設(shè)礦區(qū)的控制點(diǎn)，控制點(diǎn)數(shù)量>4個(gè)，均勻分布在整個(gè)礦區(qū)。

3.2.3 合理設(shè)置基準(zhǔn)站位置

對礦山進(jìn)行測量工作時(shí)，要合理設(shè)置基準(zhǔn)站站址，其設(shè)置位置不得與大功率無線電過近?；鶞?zhǔn)站的站址可以分為已知點(diǎn)和非已知點(diǎn)，使用PSION采集器輸入基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、發(fā)射間隔等參數(shù)，主機(jī)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(jìn)度，設(shè)置基準(zhǔn)站應(yīng)遵循以下原則：①基準(zhǔn)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(zhǔn)站電線架設(shè)至GPS接收機(jī)的北方。

3.2.4 轉(zhuǎn)換待測礦區(qū)的坐標(biāo)

RTK技術(shù)對礦區(qū)測量時(shí)獲得WGS-84坐標(biāo)，礦山測量主要使用北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系，因此，運(yùn)用RTK技術(shù)進(jìn)行測量工作時(shí)要將坐標(biāo)進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，便于直接測量工作時(shí)直接輸入坐標(biāo)參數(shù)和基準(zhǔn)站坐標(biāo)值。臨時(shí)求解待測區(qū)域轉(zhuǎn)換參數(shù)方法如下：①創(chuàng)建基準(zhǔn)站，收集單點(diǎn)定位WGS-84坐標(biāo)值。②采用流動站檢測高等級的控制點(diǎn)，一般聯(lián)測三個(gè)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(diǎn)高程及水平為止等在不同時(shí)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(diǎn)為止下沉數(shù)值及水平位移等各項(xiàng)參數(shù)，從而為地面變形分析和預(yù)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(xiàng)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(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)，借助全站儀測量監(jiān)測網(wǎng)的長度及角度，使用水準(zhǔn)儀測量各測點(diǎn)的高差值，從而計(jì)算出待測網(wǎng)點(diǎn)的高程及水平位置。②對礦區(qū)地面形變情況展開測量時(shí)，使用GPS中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、計(jì)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(gè)部分，外業(yè)、碎部點(diǎn)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(jìn)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(jì)劃。a.基準(zhǔn)站的布設(shè)。在位置上，基準(zhǔn)站應(yīng)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(zhǔn)站周圍不得有物體強(qiáng)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(yīng)盡可能將基準(zhǔn)站布設(shè)在位置較高的地方。b.基準(zhǔn)站設(shè)置。當(dāng)接收機(jī)、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(shí)流動站就可以開始工作。c.流動站工作。建立項(xiàng)目、設(shè)置流動站參數(shù)、需要注意的是參數(shù)必須與基準(zhǔn)站、電臺相互匹配，在點(diǎn)校正的時(shí)候，可以運(yùn)用已知點(diǎn)的平面和大地坐標(biāo)進(jìn)行。接收機(jī)和電臺接通之后，接收機(jī)可以收到測量數(shù)據(jù)，并可以在較短的時(shí)間之內(nèi)，獲知所測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。②碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。通過點(diǎn)校正，RTK接收機(jī)能夠?qū)崟r(shí)得到地形點(diǎn)在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下的三維坐標(biāo)?？梢酝ㄟ^RTK的放樣功能，掌握圖框的四個(gè)邊界，這樣就能夠保證測點(diǎn)在繪圖區(qū)域范圍之內(nèi)。一位測量人員在地形特征點(diǎn)上立測桿，然后將點(diǎn)號輸入，與此同時(shí)還要輸入特征編碼，對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。另一位測量人員則繪制草圖，以便對成圖情況進(jìn)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)的輸出，以實(shí)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?yàn)閮?nèi)業(yè)成圖做好準(zhǔn)備。②繪制地形圖。為了繪制地形圖，需要打開CASS4.0，啟用展點(diǎn)命令，輸入數(shù)據(jù)文件名，然后繪制草圖，并對圖形進(jìn)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(jìn)行編輯和處理。

3.4 實(shí)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(shí)地檢查。①需要檢查的是點(diǎn)位精度，先測量出待檢測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后讀出圖上坐標(biāo)，再將二者進(jìn)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(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有漏測的地物，則需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測，并繪制補(bǔ)測草圖。按照測圖的相關(guān)要求，圖根點(diǎn)對于最近三角點(diǎn)的平面位置中，誤差不得大于圖上0.1mm，換算成實(shí)地點(diǎn)位誤差在20cm之內(nèi)。RTK測點(diǎn)的點(diǎn)位誤差在1.5～2cm之間，完全滿足精度要求。碎部點(diǎn)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(shí)例可以得知RTK技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①作業(yè)效率高，使用RTK技術(shù)，流動站在每個(gè)地物地貌點(diǎn)上的觀測時(shí)間僅為5s左右；②測量精度高，測量精度可達(dá)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(zhǔn)站設(shè)置后，能夠自動運(yùn)行，節(jié)約了大量人員；④節(jié)省費(fèi)用。運(yùn)用RTK技術(shù)能大大縮短作業(yè)時(shí)間，從而節(jié)省了大量的人力和物力，節(jié)省了成本；⑤點(diǎn)位精度分布較均勻，每個(gè)點(diǎn)的誤差均為隨機(jī)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?？傊琑TK技術(shù)適應(yīng)了礦區(qū)地形圖測繪的需要，在設(shè)計(jì)運(yùn)用中能夠收到良好的效果。

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TD173

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1004-7344（2016）12-0169-02

2016-4-6