GPSRTK和全站儀在煤礦井田區(qū)域地形圖測圖中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國煤礦技術(shù)和自動(dòng)化水平的不斷提高，對煤礦制圖單位也提出了更高要求，傳統(tǒng)的平板測繪方式已經(jīng)越來越不能滿足生產(chǎn)的需要，取而代之的是成圖速度更快，坐標(biāo)精度更高的數(shù)字測圖技術(shù)。目前，由于GPS和全站儀等高精度設(shè)備售價(jià)的不斷降低，GPS和全站儀等設(shè)備已經(jīng)成為各煤礦單位首選的測圖儀器。由于GPS和全站儀使用的條件不同，對于條件特殊或復(fù)雜（如高層建筑物遮擋、茂密樹林或地物繁多等）的區(qū)域，僅僅使用一種設(shè)備，不僅會(huì)影響工程的進(jìn)度，有時(shí)甚至無法完成項(xiàng)目。因此，文章以煤礦井田區(qū)域內(nèi)地形圖測繪為例，介紹GPS-RTK技術(shù)和全站儀在不同條件下的使用方法，即空曠地區(qū)使用GPS-RTK技術(shù)測量、條件復(fù)雜的區(qū)域使用全站儀測量。此種方法，通過實(shí)際的測繪作業(yè)證明是可以滿足要求的。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；全站儀；數(shù)字測圖；礦山測繪

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測量儀器、GPS技術(shù)、數(shù)字化測圖軟件等的不斷發(fā)展，帶動(dòng)數(shù)字測圖技術(shù)步入新的階段?，F(xiàn)如今，數(shù)字測圖技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于測繪生產(chǎn)、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、土地管理和軍事工程等部門。數(shù)字測圖作為一種全解析的機(jī)助測圖技術(shù)，相較于模擬測圖優(yōu)勢明顯，是測繪技術(shù)發(fā)展的主要方向?，F(xiàn)在，很多測繪部門已經(jīng)配備了數(shù)字測圖的基本工具，數(shù)字測圖技術(shù)已經(jīng)逐步取代人工模擬測圖，成為測圖的主流。進(jìn)入21世紀(jì)，開灤集團(tuán)也已建立了自己的GPS RTK系統(tǒng)，下轄各個(gè)礦區(qū)已經(jīng)使用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行井田區(qū)域地形圖的測繪工作，取得了良好的成果。當(dāng)然，對有建筑物遮擋或傳輸信號(hào)不良的地區(qū)，就需要使用全站儀進(jìn)行補(bǔ)測。經(jīng)過驗(yàn)證，這種聯(lián)合測圖法在成圖精度方面完全滿足要求。

1 GPS RTK測圖的基本原理

RTK（Real Time Kinematic），又稱為載波相位差分技術(shù)，主要由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站載波相位基礎(chǔ)上的?；鶞?zhǔn)站通過通訊鏈接將實(shí)時(shí)采集到的載波相位觀測量和測站坐標(biāo)信息一起發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅接收基準(zhǔn)站信息，同時(shí)還接收GPS衛(wèi)星載波相位信號(hào)，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。接收機(jī)通過輸入相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，可以實(shí)時(shí)的解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及測量精度。RTK技術(shù)是GPS技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，具有誤差不累積、定位速度快、作業(yè)效率高、成圖簡單等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于工程測量、數(shù)字測圖等領(lǐng)域。

2 GPS RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)的研究

在常規(guī)測圖中，一般遵循“從整體到局部，先控制后碎步，分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)控制”的作業(yè)原則。具體的作業(yè)工序包含建立首級(jí)控制網(wǎng)、加密控制網(wǎng)、圖根控制網(wǎng)、測量點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和模擬成圖。從上述工序中，可以看出，完成一個(gè)測區(qū)的測量任務(wù)，需要數(shù)次的進(jìn)出測區(qū)現(xiàn)場，并在同一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)上多次設(shè)站。這種傳統(tǒng)的作業(yè)模式，不僅工序繁瑣，效率低下，而且由于多次的設(shè)站，容易造成精度的降低。

而使用RTK技術(shù)和全站儀聯(lián)合采集數(shù)據(jù)進(jìn)行測圖時(shí)，可以有效克服上述缺點(diǎn)，簡化了施工步驟，提高了效率。使用RTK和全站儀聯(lián)合測圖主要分為以下幾個(gè)步驟。

（1）使用RTK技術(shù)直接布置圖根點(diǎn)，通過以往大量的實(shí)踐和文獻(xiàn)資料，使用GPS RTK技術(shù)測得的圖根點(diǎn)可以滿足工作需要。RTK技術(shù)提供的圖根點(diǎn)不僅可以實(shí)時(shí)獲取坐標(biāo)信息，還可以了解坐標(biāo)點(diǎn)的定位精度，可大幅度的提高作業(yè)效率。

（2）使用GPS RTK和全站儀進(jìn)行碎步測量，利用GPS RTK技術(shù)可以對平坦、無遮擋的區(qū)域進(jìn)行快速的特征點(diǎn)測量。而如遇到GPS RTK技術(shù)無法施測的測點(diǎn)時(shí)，通過GPS RTK技術(shù)布設(shè)的圖根點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行補(bǔ)測。

（3）值得注意的是，在使用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行圖根點(diǎn)布設(shè)時(shí)，應(yīng)該有必要的檢核，這樣可有效避免因GPS信號(hào)不良造成的測量粗差，保證成圖的精度。如果已知坐標(biāo)點(diǎn)較遠(yuǎn)，無法立即引入，可以利用全站儀假定坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)進(jìn)行測圖，完成后，利用電腦進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，獲取最終的測量成果。

3 煤礦井田區(qū)域地形圖測繪過程及注意事項(xiàng)

3.1 測區(qū)介紹

開灤范各莊礦位于河北省唐山市古冶區(qū)，始建于1958年，是我國自主設(shè)計(jì)、建造的第一座大型機(jī)械化礦井，被譽(yù)為“新中國第一礦”。為更好的服務(wù)井下生產(chǎn)，地測部門需定期對井上建筑物、構(gòu)筑物等進(jìn)行數(shù)字測圖。經(jīng)勘察，需測量的地物主要有鐵路、橋梁、公路、林地、磚混建筑、農(nóng)田、塌陷水域等。

3.2 儀器設(shè)備

基準(zhǔn)站使用開灤布設(shè)于錢營礦的基站，接收機(jī)使用徠卡的Viva GNSS GS15，水平精度10mm+1ppm，垂直精度為20mm+1ppm。全站儀使用徠卡TS06PLUS（該設(shè)備測角精度±2″，測距精度為3mm+2ppm）。成圖軟件使用CAD2009制圖軟件，成圖比例尺1：5000。坐標(biāo)系統(tǒng)使用開灤坐標(biāo)系，高層系統(tǒng)使用1956年黃海高程系。

3.3 作業(yè)程序

3.3.1 碎步測量

到達(dá)測區(qū)后，組裝好接收機(jī)、對中桿后，用手簿啟動(dòng)接收機(jī)，連接好基站和通信信號(hào)，并用手簿設(shè)置新的測量任務(wù)。在工作過程中，應(yīng)注意接收機(jī)接收的衛(wèi)星個(gè)數(shù)是否滿足需要、接收機(jī)是否固定良好、無線電標(biāo)記正常等，避免因上述原因產(chǎn)生的粗差。

3.3.2 圖根控制點(diǎn)布設(shè)

在GPS RTK信號(hào)較弱的區(qū)域需布設(shè)圖根點(diǎn)，并使用全站儀進(jìn)行測圖。在布設(shè)圖根點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意做好測點(diǎn)標(biāo)記，這樣有利于全站儀在工作時(shí)更好的找到這些圖根點(diǎn)、節(jié)約時(shí)間。在實(shí)際圖根點(diǎn)布設(shè)中，總共布設(shè)了18個(gè)圖根點(diǎn)。在完成圖根控制后，可繼續(xù)使用GPS RTK設(shè)備對道路、林地、水域等開闊地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。而對信號(hào)較弱的區(qū)域，集中使用全站儀進(jìn)行數(shù)字測圖。

3.3.3 數(shù)據(jù)處理和成圖

使用CAD2009制圖軟件生成地形圖，圖形比例尺為1：5000。用徠卡LEICA Geo Office Combined軟件處理碎步點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件，根據(jù)測點(diǎn)性質(zhì)，繪制1：5000比例尺地形圖。

4 結(jié)束語

文章以煤礦井田區(qū)域地形圖測圖為例，在已有的GPS RTK及全站儀測圖成果的基礎(chǔ)上，對使用GPS RTK和全站儀進(jìn)行聯(lián)合測圖技術(shù)進(jìn)行闡述。通過具體的實(shí)踐，了解到此種方法可充分的發(fā)揮各個(gè)設(shè)備的優(yōu)勢，提高測圖的工作效率和測量精度，降低測量人員的勞動(dòng)和內(nèi)業(yè)強(qiáng)度，對提高煤礦測量部門的生產(chǎn)效率作用巨大。

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作者簡介：代世虎（1988，4-），男，安徽淮北人，助理工程師，河北開灤股份范各莊礦業(yè)分公司地質(zhì)科技術(shù)員。