工程測量中多種測量手段綜合技術研究

摘 要：本文基于筆者多年從事工程測量的相關工作經(jīng)驗，以西安市某鎮(zhèn)工程測量項目為研究背景，分析了RTK技術在城鎮(zhèn)工程測量方面的應用情況，探討了RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集在地形圖測繪方面的優(yōu)越性，并對其精度進行了分析。全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：工程測量 RTK 地圖測繪

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0037-02

GPS—RTK具有全天候、無需通視、定位精度高、測量時間短等優(yōu)點，全站儀具有快速、高效、準確、輕便的特點。兩者在測量領域都具有廣泛的應用前景。RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集，集合了兩種測量方法的優(yōu)點，減輕了測繪人員的工作強度，提高了效率和測繪精度，尤其在地形復雜的區(qū)域，聯(lián)合數(shù)據(jù)采集更顯示了不可替代的優(yōu)越性。

本文介紹了北京市懷柔區(qū)某鎮(zhèn)土地整理項目中采用RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集在地形圖測繪方面的應用情況。

1 RTK與全站儀數(shù)據(jù)采集基本原理

1.1 GPS-RTK工作原理

GPS-RTK技術即實時載波相位差分技術，是實時處理兩個測點載波相位觀測量的差分方法，它分為兩類：差分法和修正法。差分法是將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進行求差解算坐標；修正法是將準站載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位?；鶞收緦崟r地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站，流動站通過無線電接收基準站發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到基準站和流動站坐標差△X、△Y、△H。坐標差加上基準站坐標得到每個點的WGS-84坐標，通過坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標X，Y和海拔高H。RTK工作原理見（圖1）所示。

基準站和流動站同時接收到5顆或5顆以上衛(wèi)星信號以及基準站發(fā)出的差分信號；基準站和流動站要連續(xù)接收衛(wèi)星信號以及流動站能接基準站發(fā)出的差分信號。即移動站遷站過程中不能關機、不能失鎖，否則RTK須重新初始化；基準站要選在地勢較高，交通方便，周圍無高度角超過10°的障礙物，有利于衛(wèi)星信號的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的位置；防止數(shù)據(jù)鏈丟失及多路經(jīng)效應的影響，基準站和流動站必須設置在周圍無GPS信號反射物（大面積水域、大型建筑物），無高壓線，電視臺，無線電發(fā)射臺等干擾源；流動站安置于周圍無高度角超過15°的障礙物，有利于衛(wèi)星信號和基準站發(fā)射無線電信號的接收的位置。

1.2 全站儀基本原理

全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，又被稱為“電子全站儀”，它是一種兼有自動測距、測角、計算和數(shù)據(jù)自動記錄及傳輸功能的自動化、數(shù)字化的三維坐標測量與定位系統(tǒng)。廣泛應用于控制測量、地形測量地籍與房產(chǎn)測量、施工放樣、工業(yè)測量及近海定位等的電子測量儀器。測量時用儀器照準棱鏡，通過望遠鏡成像，然后經(jīng)過儀器內(nèi)裝識別器，將信號進行放大和數(shù)字化后，即可得到讀數(shù)值。

如（圖2）所示，將全站儀安置于測站點A上，選定三維坐標測量模式后，首先輸入儀器高h，目標高i以及測站的三維坐標值（XA，YA，HA）；然后照準另一已知點B設定方位角；接著再照準目標點P上的反光鏡；按坐標測量鍵，儀器就會按下式利用自身內(nèi)存的計算程序自動計算并瞬時顯示出目標點P的三維坐標值（XpYp，Hp）。

式中：S為儀器至反射棱鏡的斜距；α為儀器至反射棱鏡的豎直角；θ為儀器至反射棱鏡的方位角。

2 RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集應用實例

2.1 測區(qū)概況及作業(yè)目的

本文以RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集在北京市懷柔區(qū)某鎮(zhèn)土地整理項目中地形圖測繪上的應用情況為例。

測區(qū)內(nèi)大多是旱地，農(nóng)業(yè)種植以糧食作物、大棚蔬菜和果樹為主；村莊周圍有大量村邊林和成片果園，幾個村莊由于是蔬菜種植專業(yè)村，村莊周圍及旱地里90%都是2米余高的溫室大棚，這些都給測量工作帶來諸多不便。本次作業(yè)目的是為該鎮(zhèn)土地整理項目的規(guī)劃設計提供前期的規(guī)劃圖件資料和土地利用現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)資料。

2.2 資料及儀器準備

項目開工前，收集到項目區(qū)的1∶10000土地利用現(xiàn)狀圖，可以作為野外測量的參考；測區(qū)內(nèi)及附近的3個GPS C級控制點，為北京測繪院2007年建立，保存完好，精度滿足要求，以該3個C級點為起算點建立首級控制，用GPS-RTK技術布設首級控制網(wǎng)點。

本次地形圖測量采用的儀器有：Topcon GPS接收機，主要用于前期的控制點布設和碎部數(shù)據(jù)采集；Topcon GTS 3套，主要用于碎部數(shù)據(jù)采集，同時根據(jù)需要從GPS控制點布設較低級別的控制點。作業(yè)前所有儀器均經(jīng)過專業(yè)部門檢測、校正，性能和精度均符合標稱精度，能夠滿足本次測繪的精度要求，可以使用。

2.3 野外測量

2.3.1 控制測量

首級控制網(wǎng)采用GPS靜態(tài)定位，布設整個測區(qū)，以便于控制網(wǎng)的加密及數(shù)字化測圖。由于測區(qū)范圍較大，我們?yōu)榱四軡M足測量精度及后期工程施工的需要，共在測區(qū)內(nèi)布設GPS點6個作為首級控制點。

在首級GPS控制網(wǎng)的基礎上，利用RTK進行了圖根點的測繪，并用全站儀進行了部分導線測量，以便進行檢查和碎部點測量。在本次測量中，點位設置除了顧及方便測圖使用和便于RTK操作外，還需滿足RTK測量對外界觀測條件的特殊要求：基準站的設置應盡量避開高壓線、高大建筑物、高密的樹林、大面積水域、遠離強電磁波發(fā)射源等。為了增大基準站無線電發(fā)射的距離，要盡可能把基準站放在地勢較高、開闊的地方；對RTK所測圖根點在全站儀使用時進行檢查，以保證圖根點的精度。

2.3.2 碎部測量

該鎮(zhèn)土地整理項目測區(qū)內(nèi)有大量的果園，村莊邊有大量的村邊林及部分村莊有大量的溫室大棚等因素，造成通視條件較差。同時由于該項目時間緊、任務重，單純用常規(guī)全站儀測量方法來施測工作效率太低，完全采用RTK進行碎部采集雖然效率高，但由于對工作環(huán)境有要求，部分地區(qū)存在信號盲區(qū)，因此在測量時，采用RTK與全站儀聯(lián)合測量，取長補短，以確保能高質(zhì)量、高效率地按時完成該項目。

全站儀與RTK在同一區(qū)域聯(lián)合測量，根據(jù)實地情況分工進行碎部點的數(shù)據(jù)采集。利用RTK技術的優(yōu)勢，進行道路、河流、獨立地物及高程點等的測量；全站儀主要利用首級控制點以及RTK加密的圖根點測量影響RTK信號的有大量村邊林的村莊外圍線、RTK信號盲區(qū)地物、地類界等。每天外業(yè)結束，將全站儀及RTK野外采集數(shù)據(jù)導出至筆記本電腦，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成*.dat數(shù)據(jù)格式，在南方cass7.0中展點，根據(jù)野外繪制草圖或編碼進行數(shù)字化成圖，最后對地形圖進行整飾和精度檢查。

2.4 精度分析

為了檢核RTK測量精度，與靜態(tài)GPS測量進行了比對，以首級GPS控制網(wǎng)的平面點位與GPS C級點聯(lián)測的高程值為真值進行對比分析。對6個首級GPS控制點進行了RTK測量，最大平面點位中誤差為±0.024 m，最小為±0.015 m；最大高程誤差為0.023 m，最小為0.015 m。（表1）列出部分點位精度比較結果。

1∶500，1∶1000，1∶2000外業(yè)數(shù)字測圖技術規(guī)程（GB/T 14912-2005）中規(guī)定：丘陵、平原地區(qū)地形圖圖上地物點平面位置精度應滿足（表2）。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)精度分析，所測圖根控制點可以用來進行全站儀碎部測量，精度完全滿足測圖需要，而且誤差分布均勻，不存在誤差累積問題。

3 結語

RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集，避免了單純的全站儀測量容易受到地形、植被覆蓋等諸多因素的影響和RTK測量中衛(wèi)星接收和外界干擾的問題，互補優(yōu)缺，大大提高了作業(yè)效率。因此，將兩者有機結合，充分發(fā)揮各自優(yōu)點，對加快工程進度，具有很大的實際意義。本文案例將為從事相關工作的工程和技術人員提供有益借鑒。

參考文獻

[1] 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[2] 聶上海，段立瓊.GPS-RTK技術在數(shù)字化地形圖的應用試驗[J].測繪通報， 2005（3）：30-31.

[3] GB/T14912-2005 1∶500，1∶1000，1∶2000外業(yè)數(shù)字測圖技術規(guī)程[S].