張亞軍，張春榮

(西安駿騰測繪工程有限公司，陜西 西安 710005)

0 引言

園子溝煤礦位于陜西省寶雞市麟游縣兩亭鎮(zhèn)，屬渭北旱塬丘陵溝壑區(qū)，全區(qū)平均海拔1 271 m，最高海拔1 664 m，最低海拔740 m。地勢西北高、東南低，境內(nèi)溝壑縱橫、坡緩川狹、少有臺塬。可分為低中山、黃土丘陵、黃土殘塬、河谷川道4種地貌單元。該測區(qū)地形破碎，植被茂密，通視條件極差，交通不便，常規(guī)測量無法開展。采用PTK測量技術是一種較好地選擇。

1 RTK全球定位系統(tǒng)

GPS是英文Global Positioning System的縮寫，其中文名稱為“全球定位系統(tǒng)”，基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可以知道接收機的具體位置。能為全球用戶提供低成本、高精度的位置，不受天氣、氣候和通視條件的影響，全天候作業(yè)。該系統(tǒng)以24顆定位人造衛(wèi)星為基礎，向全球各地全天候提供三維坐標，主要由地面控制站，空間部分，用戶裝置3部分組成。由于此方法效率相對較低，由此衍生了GPS快速靜態(tài)測量法，因為快速測量法只需要對每個觀測點觀測10～20 min，甚至更短的時間，就能得到相當精度的測量結果。而對于一般工程對測量精度的要求，GPS快速靜態(tài)測量法的測量精度完全可以滿足工程的要求。因此，GPS快速靜態(tài)測量法得到了廣泛的應用[1]。

1.1 RTK技術的基本原理

RTK是GPS測量技術的一種模式，屬實時動態(tài)差分測量，其原理簡單來說就是，基準站用一個固定坐標來做參考，以后基站每通過接收衛(wèi)星算得一個坐標，就跟固定坐標作比對，得到差值，然后將該差值發(fā)送給移動站，移動站用衛(wèi)星接收到的坐標再減去基站發(fā)過來的差值就得到了改正后的坐標。

RTK的地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由分布在全球的5個地面站組成，按其功能的不同可分為主控站(MCS)、注入站(GA)和監(jiān)測站(MS)3種。然而整個地面監(jiān)控系統(tǒng)由主控站控制，地面站之間的通信系統(tǒng)不需要人工操作，實現(xiàn)了高度自動化和標準化[2]。

1.2 RTK測量的優(yōu)勢

GPS測量技術可分為靜態(tài)和動態(tài)(RTK)2種模式，向全球用戶全天候連續(xù)的提供高精度的三維坐標、三維速度以及時間信息等技術參數(shù)。為測量數(shù)據(jù)成果質量的提高，起到了很大的作用，提高了測量的精度。

GPS測量技術能夠實現(xiàn)點位之間的不通視，靈活選點，使外業(yè)測量免受天氣因素的影響。但由于工程測量的范圍存在差異，在達到測量精確度的同時，一般還需利用其他測量儀器如全站儀等，所以有必要增強點位之間的通視性，來提高測量精度。

GPS技術的觀測速度也隨著技術的發(fā)展而逐漸提高，測量時間大為縮短。其中在RTK技術模式下運用測量就能使觀測時間大為減少，幾秒鐘就能夠完成觀測任務。而之前采用傳統(tǒng)的工程測量技術，還需要對高程、平面坐標進行觀測和計算，相比于傳統(tǒng)的測量技術，GPS技術能夠同時獲得高程以及平面坐標，直接得出三維坐標，進而體現(xiàn)出其快、準、省的優(yōu)勢[3]。

RTK測量中由于GPS測量是通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而得到點位坐標的，在測定點位坐標時任何有可能影響信號接收的因素都可能使我們的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，會使得測量結果和成果達不到精度要求。

為此，在運用GPS選擇測量點的位置時不管是靜態(tài)測量模式還是移動站測量模式，都應注意以下幾點：①選擇點位視野開闊的地方，所在位置向上15°視角范圍內(nèi)盡量避免有高、大型障礙物；②盡量遠離大功率無線電發(fā)射源，如移動信號塔、高壓線攬、電信信號交換器等等；③盡可能的避開大面積的水域，避免產(chǎn)生多路徑效應。

所以RTK測量更適用于視野開闊、障礙物較少、無干擾信號源的地區(qū)使用。如果在城鎮(zhèn)區(qū)域需要使用GPS測量時，有可能會發(fā)生接收不到信號、一直處在浮動狀態(tài)下，或者出現(xiàn)固定，但是PDOP值會很不穩(wěn)定，來回的跳動，因此測量的數(shù)據(jù)誤差較大，這樣就不能顯示GPS測量的各大優(yōu)越性。

1.3 RTK平面控制點測量基準站的技術要求

基準站可架設在已知點上或未知點上，衛(wèi)星高度角要大于15°，200 m范圍內(nèi)沒有強磁場、雷達站、手機信號站等輻射源，用電臺作業(yè)時，位置比較高，基站到移動站之間最好無大型遮擋物，否則差分傳播距離迅速縮短，基準站選擇要高一等級點，要能發(fā)射出無線電波，設置合理的電臺類型和數(shù)據(jù)端口，避免發(fā)生串臺，應正確設置基準站坐標、數(shù)據(jù)單位、尺度因子、投影參數(shù)和接收機天線高等參數(shù)[4]。

1.4 RTK平面控制點測量流動站的技術要求

RTK流動站不宜在大面積水域旁，隱蔽地帶和強磁場附近，當出現(xiàn)單點解算時，先斷開與基站的鏈接，重新啟動流動站，鏈接基站，到最近的控制點上進行檢測。每次作業(yè)開始前或重新架設基準站后，均應進行至少一個同等級或高等級已知點的檢核，RTK平面控制點測量流動站觀測時應采用三角架對中、整平，每次觀測歷元數(shù)應不少于20個，采樣間隔2～5 s，各次測量的平面坐標較差應≤±4 cm；應取各次測量的平面坐標中數(shù)作為最終結果。進行后處理動態(tài)測量時，流動站應先在靜止狀態(tài)下觀測10～15 min，然后在不丟失初始化狀態(tài)的前提下進行動態(tài)測量。

1.5 RTK高程控制測量

RTK高程控制點測量流動站觀測時應采用三角架對中、整平，每次觀測歷元數(shù)應不小于20個，采樣間隔2～5 s，各次測量的大地高較差應≤4 cm。大地高程中誤差≤3 cm，與基站的距離≤5 km，觀測次數(shù)≥3次，起算點等級四等及以上等級，流動站的高程異常可采用數(shù)學擬合法，似大地水準面精化模型內(nèi)插等方法獲取，擬合模型及似大地水準面模型的精度根據(jù)生產(chǎn)需要確定[5]。

2 RTK技術的應用

RTK野外作業(yè)主要步驟為：架設基準站—設置基準站—啟動基準站—信號發(fā)射—連接流動站—流動站的設置—參數(shù)的求解和碎部測量、放樣。大部分坐標系為國家坐標系和工程坐標系，而GPS所連接收到的為WGS-84系下的數(shù)據(jù)，因此坐標轉換是RTK測量中的一個重要環(huán)節(jié)，根據(jù)項目所需，選擇適當?shù)淖鴺讼到y(tǒng)，坐標系的轉換方法主要有四參數(shù)和七參數(shù)。

項目設置，選擇坐標系，選擇中央子午線，選擇投影方法，輸入投影參數(shù)，通常只需改中央子午線的經(jīng)度。

GPS接收機與基站主機的鏈接，設置儀器型號，鏈接方式、端口及波特率，一般選擇9 600，連接成功，會在接收機信息窗口顯示連接GPS的機號。

計算參數(shù)，所謂四參數(shù)也就是四參數(shù)加高程擬合。是指在使用X、Y平移，a旋轉，k尺度還有高程擬合，也是RTK常用的一種作業(yè)模式，通過四參數(shù)來完成WGS84平面到當?shù)仄矫娴霓D換，利用高程擬合來完成WGS84橢球高到當?shù)厮疁实臄M合。

通常計算四參數(shù)時，至少要兩個已知的國家控制點坐標，當然也可以是任意坐標系下的坐標，最好是由3個及以上的點的坐標來完成，可以此來檢校控制點的準確性。例如，首先找到已知控制點位置及坐標，接著打開四參數(shù)平面轉換工具，點擊“計算參數(shù)”，選擇“控制點文件”，點擊“計算”。最后會以文本的格式出現(xiàn)計算結果。

所謂七參數(shù)也就是布爾莎七參數(shù)。標準的七參數(shù)方法是使用X、Y、Z平移，X、Y、Z旋轉，K尺度作用范圍較大和距離較遠，通常用于RTK模式或者RTD模式的WGS84到北京54和國家80的轉換。

通常計算七參數(shù)時，至少3個已知的國家控制點坐標，當然也可以是和WGS84坐標系之間存在很小旋轉坐標系下的坐標，最好是有3個及3個以上的點的坐標來完成，可以此來檢校控制點的準確性。例如，首先找到已知控制點位置及坐標，接著打開七參數(shù)平面轉換工具，點擊“計算參數(shù)”，選擇“控制點文件”，最后點擊“計算”。最后會以文本的格式出現(xiàn)計算結果。

3 結語

在很多工程應用中，大多數(shù)使用的是RTK技術中的七參數(shù)，四參數(shù)應用的相對較少。因為工程區(qū)域的范圍距離小于10 km，或者在15 km范圍內(nèi)的，可以忽略橢球參數(shù)對坐標轉換精度的影響，在這種情況下是可以使用四參數(shù)+高程擬合來完成坐標系的轉換。

工程區(qū)域的范圍在距離大于15 km，甚至更遠時，為了減少或避免橢球參數(shù)差異，因而導致坐標系轉換精度過低，這時必須采用七參數(shù)來完成坐標系的轉換。

在外業(yè)測量中，RTK測量模式比較多，在很多情況下運用四參數(shù)后，高程的測量精度也不是很準確。而七參數(shù)是一種空間直角坐標系的轉換模型，能準確、全面的將一個空間直角坐標系下的點XYZ坐標值，轉換為另一個空間直角坐標系下點的XYZ坐標值。

在園子溝礦區(qū)測量中，采用七參數(shù)進行了參數(shù)的解算，進行了碎部測量，極大地提高了工作效率，數(shù)據(jù)采集精度滿足規(guī)范要求，在本測區(qū)內(nèi)，進行了四參數(shù)和七參數(shù)的比較，四參數(shù)在適合面積小的測區(qū)，需要的控制點較少，七參數(shù)適合大面積測量，但需要的控制點較多。

總之，RTK技術自動化程度較高，測繪功能強大，降低了作業(yè)條件的限制，無需通視，能見度及氣候的影響，沒有積累誤差的傳遞，操作簡便，數(shù)據(jù)處理功能強大。因此，要根據(jù)測區(qū)的實際情況，選擇合適的參數(shù)計算，極大地提高了工作效率，節(jié)約了成本，精度滿足規(guī)范要求。