GPS RTK配合全站仪在电厂总平面图中的测量

马 超，冯立楠，张德成，杨海东

(1.中国能源建设集团黑龙江省电力勘察设计研究院;2.大庆榆树林油田有限责任公司工程技术研究所;3.黑龙江省水利水电勘测设计研究院)

1 引言

大型电厂总平面图的测量工作是一项系统、复杂而又艰苦的测绘工作，同时又要保持较高的精度(厘米级)。采用全站仪进行数字测图，设站灵活，操作简单，自动计算，直接获取地面三维坐标，成为勘测、设计、施工和管理不可或缺的测量工具。其缺点是要求通视，受地形和人为因素影响大，并且需要建立足够的控制点，作业量大，投入也大，外业时间较长;而GPS RTK测量，可全天候测量，省去了大量的控制测量时间，无需测站间通视，工作效率很高，定位精度均匀，作业自动化，集成化程度高，在地形简单、天空开阔的地区，其优势更加明显，但在单基站模式下受到作业半径的限制或遇到大障碍物时，就很难接收到卫星和无线电信号，即使能够得到数据，精度也受很大影响。若将GPS RTK技术与全站仪相结合使用，进行优化组合，取长补短，既提高了工作效率，又保证了成果的精度。

1 GPS RTK配合全站仪测图实例

以鸡西市滴道区煤矸石电厂厂区扩建平面图(1:500)测量为例。

1.1 测区概况

测区位于鸡西市滴道区，在原有老厂基础上向北端扩建厂区。其中早期建成的厂区建筑物较为密集，分布相对凌乱，近期建成的厂区建筑密度相对较小，但分布无规则，测区内有烟囱、冷却塔、主厂房等高大建筑物和设备。凌乱的厂区不适宜应用全站仪作业，相对密集的高大建筑物对卫星信号的遮挡又不适宜RTK的单独应用，因此测图采用GPS RTK与全站仪配合使用的方式进行作业。

1.2 技术实施

测区为多年建成的老厂区，原有的控制点全部破坏，为配合厂区扩建，电厂平面图采用建筑坐标系测量，根据主厂房外墙角建立坐标系统。仪器采用天宝GPS RTK与拓普康N750全站仪配合使用，作业前仪器均通过检测，性能和精度均符合标称精度。工作首先需要恢复坐标系统，由主厂房建立建筑坐标系统的方法如下。

(1)如图 1 所示，1-1，1-2，1-3 为导线点，从 1-1 测定墙角2，按极坐标测量以I级导线的要求进行测角与量边。

(2)先假定1-1的坐标和1-1至1-2的方位，算出1-2的假设坐标，然后按极坐标算1和2两点的假设坐标。

(3)由1、2两点的两组坐标(建筑坐标和假设坐标)反算出坐标轴之夹角θ，改正假定方位角，使之变成建筑坐标系的方位角。

(4)根据所求的方位角，1-1算出2号点的∂A及∂B，由2号点之建筑坐标反求出1-1的建筑坐标。

(5)1-1的坐标和1-1至1-2的方位角即新设建筑坐标系统的起始读数。用导线测量方法传递到测区的首级控制网上。

图1 建立建筑坐标系统示意图

1.3 作业安排

根据已有的仪器设备、技术资料、结合测区的地形特征，作业分工如下。

(1)使用拓普康N750型1″全站仪在厂区内进行四等导线布设测量，以满足全站仪对主厂房，输煤栈桥等细部点测量为主。

(2)用GPS RTK测量测区内的道路，管线。

(3)对于RTK采集有困难的地形地物用全站仪补充采集。

1.4 厂区内的细部测量

进行厂区测量之前，首先在解算出的一个导线点上架设RTK基准站，然后用快速静态的方式分别采集其他导线点的84坐标，之后结合已有的建筑坐标进行RTK的七参数解算。参加解算的点位基本上均匀分布于测区的四周，使其能控制住整个厂区的测量，提高数据的精度。将一级导线成果作为真值，GPS RTK成果与其X、Y、H差值均符合偶然误差的特性，最大差值:∂X=1.6 cm，∂Y=1.7 cm，∂H=1.8 cm 为了进一步检验GPS RTK的测量精度，同时检验与全站仪数据的吻合性，随机测量12个地形点与全站仪测量数据进行比较。

表1 两种方法测定点位坐标之差 mm

从表 1 中结果可以看出:点 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12各点的坐标差和点位之差都较小，而1、5、12三点的坐标差及点位之差稍大。若考虑全站仪为1″精度，其精度较高，又由于参加测量的RTK参数为多点参与解算，且其为快速采集84坐标，综合以上情况，采用两种方式测量，其测量数据可以相互吻合，且其精度满足电厂测量规范要求。在RTK与全站仪测量精度可以相互吻合且满足测量要求的情况下即可展开厂区测量工作。在老厂区位置，由于建筑物多为高大建筑物，因此使用全站仪进行测量，在新建厂区部分，除建筑物外，管道的起、终、转、交点均可用RTK采集。数据采集完毕后，将数据传输至计算机，使用数字成图软件，完成厂区测量成图。

1.5 测量成果检查

待所有内外业完成后，进行厂区内的实地检查，查找是否有漏缺点，进行点位精度检查。点位精度检查首先使用GPS RTK测量出待检查点的坐标，然后与计算机数字成图坐标对照，其最大点位中误差为2.7 cm，精度符合要求。其次边长检查时采用经过检验合格的钢尺量距，一般量取比较稳定且重要的主厂房墙角点进行边长检验。经过量取边长差值小于5 cm，满足需要。

2 注意事项

通过实例可发现以下几点应注意的问题。

(1)GPS RTK采点必须保持净空。不能有遮挡，以使其能够接收到高度角＞15°且不少于5颗的有效卫星，进行RTK的初始化固定解算。同时要求卫星几何图PDOP＜6，以满足测量要求。

(2)与静态GPS测量相比较，GPS RTK无足够的几何检核条件，不宜用来做首级控制网。因此本次工程使用全站仪进行了测区的首级导线测设。

(3)GPS RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站之间的单基线处理，而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此应该把基准站设立在需要进行GPS RTK测量区域内的较高点上，并提高基准站和流动站天线的架设高度。

(4)GPS RTK高程精度低于平面精度，需要高精度高程数值时，应该注意校核。

3 结论

(1)经过实践检验，RTK在厂区测量中满足要求，能够快速测量采集数据。由于RTK的测量成果没有误差累计的特性，利用RTK测量图根控制点可以满足图根控制测量的要求，大大提高作业效率。

(2)利用全站仪和GPS RTK联合测量碎步点，这样不但能解决水平方向遮挡(全站仪)问题，也解决了上方遮挡(GPS RTK)问题，避免了单独使用GPS RTK或全站仪单独作用的局限性。

(3)GPS RTK在测量时由于信号遮挡等原因容易造成粗差，因此有必要使用全站仪进行必要的检核，保证测图质量。

总之，传统与现代化的测量方式的有效结合提高了作业效率，作业模式值得推广。

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［1］黄声享，郭英起，易庆林.GPS在测量工程中的应用［M］.北京:测绘出版社，2007.

［2］中华人民共和国国家发展和改革委员会.火力发电厂工程测量技术规程［S］.2005.

［3］张书华，李小显.RTK协同全站仪联合采集数据有关问题分析［J］.地理空间信息，2007，(5).

［4］李清华，姜贇.GPS-RTK与全站仪联合作业在数字测图中的应用［J］.地理空间信息，2010，(6).