全站仪联合RTK的矿山地形测绘研究

□ 李晓虎　大同煤矿集团华盛万杰煤业有限公司

某矿位于忻州市境内，地势结构复杂，大体呈西北高，东南低，地形群山起伏，沟谷纵横。境内山沟、林区密布，山峦平均海拔可达1 000 m，矿区内相对高差约为300 m。然而因待测量区域中大面积位于建筑区、林区、山沟等，极大地影响了仪器性能的发挥，影响测绘的工作效率，因此，2018年初，某煤矿先后引进了全站仪与RTK等先进的测量设备和技术，同时使用两种仪器，以便充分发挥各自优势。

1　全站型电子测距仪与RTK测量技术

1.1　全站型电子测距仪及其特点

利用现代数字化技术——全站仪测图技术获得待测点的参数，需首先对已知点与待测量点进行测量，计算二者之间的距离，并在此基础之上布置后续控制点。在此过程中，已知点与待测量点间需时刻保持通视。而在制图过程中，需在采用计算机绘图之前使用编码制图法与草图制图法依据所测数据来进行图像绘制，该步骤将贯穿整个制图流程。已经绘制成功的图中标注有地物符号、线状地物连线和面状的地物闭合连线。整个制图过程只需2或3人，降低了劳动强度，绘图效率得到提高。

与早期经纬仪相比，全站仪测绘地形图取得了很大进展，但在实际测量中仍然存在局限性，主要有以下三点：

根据测量误差的原理，搬站、设站的次数越多，误差累积就越大。因此随着测站的增加形成误差的累积就越大，就会对测量的精度产生一定的影响。

（1）全站仪单词测量距离较短，通常情况下，单次最长测量距离为1 km。如果待测量距离较长，则难以瞄准和观察目标，导致返回信号太弱，测量时间长或测量数据不准确等问题。因此，如果待观察点离已知点距离较远，则必须通过移动该点来执行测量工作。因此，如果控制点远离测量区域或特征点，控制点也应该被引导到可以观察到的位置。

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（2）经纬仪的测量原理与此大致相同，相邻点也应注意通视。然而，现实情况中，矿区内的树木，山脉，房屋等地形特征较多，在一定程度对上对通视造成了影响。因此，必须建立一定数量的转站点并铺设一些支导线以便于对碎部点进行收集，这便增加了测量作业的工作量。（3）误差累积。为解决距离较长、通视度低等原因必须布设支导、设立转站点，增加测站。

1.2　RTK测量技术及其特点

RTK测量技术基于差分法对两个测站载波相位测量进行处理，该过程是动态的。 RTK测量技术特点鲜明。（1）实时性。在利用卫星信号进行数据对接的基础之上，再运用三维坐标来进行数据参数传输。数据检测和校准等工作可在现场进行。RTK测量技术的测量范围十分广泛，大致上与卫星信号覆盖范围相同，可全天工作。使用RTK测量技术提高了测绘精度，减少了测绘人员的工作量，极大地提高了测绘效率。（2）RTK测量技术对传统测量技术中的通视、布设控制网点进行了优化，使得点位的布局、测绘的效率测绘点的精度显著提高，工作所需人员由原先的团队作业降为3～5个人，人员少、精度高、高效率的优势鲜明。

（3）受测量环境影响，关于移动站与基准站的位置选择十分重要。查阅相关资料，GPS高度角最小范围为12~14°。因此，户外作业中遇到高楼和树木时则难以接收卫星和无线电信号，并且很难找到固定解。现实情况是，矿山一般位于山区，森林

图1　RTK取点示意图

密集，建筑物较多。在达不到视角要求的情况下，测量结果会产生一定偏差。此外，信号源（如高压线路）也会对测量产生一定干扰。（4）观测时间。户外作业过程中，中午是时分受到电离层干扰相对明显，卫星收集信号较少，因此初始化需要延时或不能完成初始化，并且不易获得固定解。在相同时间相同地点多次进行测量后发现，一日中11：30 am前与下1：30 pm后RTK的测量精确度较高且速度较快，而中间的时段的工作效率低下。

2　全站仪联合RTK应用实例

2.1　控制测量

为了控制数字化测图与网的加密，需在整个测区内布设GPS以静态定位。由于实际测区范围较大，我们在户外测区内设置6个GPS点主控制点，用以确定测量精度。在早期布置的主卫星控制网络基础上，配合使用全站仪来测量部分导线以便后续检查、测量碎部点。在本次户外作业中，需要满足RTK测量对外部观测条件的特殊要求，此外还要考虑到地图的方便使用和便于RTK操作：（1）基准站的位置应远离高压线路，高密度森林，高层建筑和大面积的水域，远离强大的电磁波源；（2）基准站的位置应尽量布置在视野开阔、地势较高的位置以便于检查全站仪使用时RTK所测图根点，确保其精准度。

2.2　碎部测量

因矿区附近存在大量的树木、果园、温室大棚，通视效果受到影响。单纯使用全站仪进行测量效率低下，难以在规定时间内完成项目；单纯使用效率较高的RTK进行碎部采集则对户外作业环境要求较高，其中部分信号盲区容易忽略，故此，在户外测量作业时，可以积极尝试将RTK技术与全站仪联合测量，优势互补，扬长避短，一以确保在规定时间内高质量完成项目。将全站仪联合RTK测量技术运用于同一地区内的测量，需要根据当地的实际情况，对地形特征点分别进行信息采集。例如：当全站仪结合RTK测量，测量山川、河流等较复杂的地形或者测量存在信号盲区的地形区域，主要通过增大测图控制点密集度和配合主要网络控制点的方式，同步协调作业。每日户外作业完成之后，规定工作人员需将使用全站仪、RTK等在野外采集的数据保存至制定文件内。

3　应用效果分析

3.1　测量精度分析

为了检验RTK测量仪的使用精度，可以将测量动

表1　六个主要卫星控制点测量精度（单位：m）点名点位中误差A+0.019-0.012-0.019±0.015B-0.021+0.015-0.023±0.018C+0.023-0.021+0.024±0.024D-0.020-0.015+0.011±0.016E+0.021-0.011-0.023±0.018F+0.015+0.020-0.019±0.019表2　地物点平面位置精度（单位：m）地区分类比例尺点位中误差1∶2000±0.60（±1.00）丘陵地、平原、工业建筑区1∶1000±0.30（±0.50）1∶500±0.15（±0.25）态和静态的结果进行比对分析。通过RTK测量仪应用实验，测量了六个主要卫星控制点，确定了它们的点位中误差，六个主要卫星控制点测量精度结果，见表l，误差范围为±0.015 m，最大为±0.024 m；高程最小误差为0.015 m。

根据测图技术规程(GB／T 14912-2005)，不同比例尺的误差限不同，具体标准如表2所示。

由表1，表2可知，使用全站仪联合RTK测量主要卫星控制点，测量精度完全满足要求，且测量误差分布较为均匀，不存在误差累积的问题。

3.2　效率分析

将全站仪配合RTK使用之前，某矿3人4个工作日完成了40个地物点的测量，即每工人每工作日平均完成3.3个地物点的测量工作；自2018年将RTK技术与全站仪配合使用后，4人3个工作日完成55个地物点的测量，即每工人每工作日平均完成4.6个地物点测量，工作效率直线上升。

4　结语

单一使用的全站仪测量极易受到植被、地形地势等因素的，测量过程容易被信号接收和环境磁场干扰，无法单独使用RTK测量仪；将全站仪与RTK联合使用进行数据采集，实现了优势互补，极大的提高作业效率。故此，将RTK与全站机有机地结合起来，充分发挥优势，极大地降低了测量误差、测量效率得到提高，具有一定的工程应用价值，对于相关方面的研究，可以为从事该工作人员提供借鉴。

〔李晓虎（1986—），男，山西省忻州市人〕

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