GPS-RTK与全站仪在施工工程测量中的配合应用

秦伟荣

（上海市基础工程集团有限公司，上海 200092）

0 引 言

在施工工程测量中通常使用的仪器主要有全站仪，GPS 等。全站仪，广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。GPS 系统具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点。

GPS-RTK 主要优点：①不需要通视；②误差不会累计；③不受天气影响，靠卫星定位作业，全天候作业；④工作效率高。缺点：①需要得到当地 CORS 站数据或七参数才能转换至当地坐标系；②在有遮挡的地区误差较大，有时甚至接受不到卫星信号；③高程误差有时较大，需要通过测量当地高程数据进行大地高与正常高之间的转换，又需要知道高程异常数据，比较麻烦。

全站仪主要优点：①价格便宜（常规全站仪相对 RTK）；②测量精度高；③不需要卫星信号，因此不受室内室外，树下，高楼旁等因素影响。缺点：①需要通视；②测程短。

因此，全站仪和 GPS 虽各有优点，但是其各自缺点也非常明显。实际工作中许多情况下单一选择 GPS 或者全站仪进行工作都会影响工作质量和工作的效率，有时可能大大增加工作量，无形间提高了成本浪费了时间。所以如果能把两者结合，取其优点，强强结合无疑是最好的解决办法。

1 工程概况

1.1 项目简介

本工程为中山大学·深圳建设工程项目施工总承包（Ⅲ标），该工程施工范围大，建筑用地面积约为 657 500 m2，Ⅲ标发包范围的总建筑面积约为 510 000 m2，地形复杂，学校围绕山区建造（见图1），场地内以猪婆山、猪公山、东北侧无名山为高点，高程分别为 126.02、113.11、101.63 m。山体周边自然边坡坡度上陡下缓。坡体上部坡角为 35°～45°为主，局部可达 60°；植被主要为桉树、松树等乔木。中下部坡度较缓，并经由人工开发成种植用地，坡角为 12°～25°为主。

图1 中山大学·深圳校区效果图

场地内猪公山与猪婆山北麓、东部无名山南麓由于修建工业园区、东森驾校训练场等已经整平，使局部坡体底部形成较陡立的人工边坡，高度 2.5～5.0 m 不等，局部可达 20.0 m，坡角为 30°～45°，局部可达50°。

由于场地较大，如果单一选择全站仪工作效率低下且不经济，单一选择 GPS 工作，许多树林房屋附近无信号，工作困难。因此考虑把两者结合各取其优点，不仅能加快工作效率提高工作进度更能大大减少工作量并提高质量。

1.2 工程重点难点

本工程在综合楼有高差为 20 m，坡度 50°的高大边坡工程，施工期间应合理安排施工场地，并做好与场地的有效隔断，防止边坡支护危及下部安全，同时严禁其他人员进入施工区域，对边坡体局部危险部位还应增加其他防护措施。工程施工组织安排在雨季，而且在该边坡 52 m 填方平台上有 200 t 大型机械设备，因此要对该边坡进行监测以防止边坡大规模塌方。

使用 GPS 从首级控制点处进行点校正，并使用基站平移对测区控制点进行复核，然后在平台 52 m 处的东西方向不受影响的地方做 2 个监测基本点，并在边坡外边线上设置 10 个监测工作点。然后再使用 GPS 测出所有点的绝对坐标数据，再结合全站仪在 2 个基本点上架设仪器，使用小角法对每个监测点进行观测，求出每点的水平位移量，使用水准仪测出垂直位移量，观测是否超出预警值。使用 GPS 结合全站仪，大大减少单一使用全站仪进行引点的工作量，克服了只使用全站仪增加工作量，和只使用 GPS 精度达不到要求的问题。

2 测量仪器的选取

本工程测量仪器使用 GPS-RTK，采用华测 X10、单站动态定位技术，一台 GPS 接收机作为基准站，另外一台作为流动站，基准站把差分改正数据传输到流动站，从而实现实时的载波相位差分定位。手簿软件为测绘通 LandStar 7.3.1 静态精度：平面精度为±（2.5+ 0.5×10-6×D）mm；高程精度为 ±（5+0.5×10-6×D）mm。RTK 精度：平面精度为 ±（8+1×10-6×D）mm；高程精度为 ±（15+ 1×10-6×D）mm。

全站仪采用徕卡 TS60 系列仪器。测距精度为0.6 mm+1 ppm。测角精度：0.5＂。

3 测量实施

控制网测量按 GPS E 级网首级精度控制。天线的对中采用精密对点器，对点精度＜1 mm，每时段观测前后分别量取天线高，误差≤2 mm，取两次平均值作为最终结果。各项操作严格按照 GPS 测量规范要求。GPS 网的同步环坐标分量，最弱点点位中误差，边长相对中误差等精度指标均符合规范要求。复测成果与原成果相差甚微。并对所有 GPS 加密点按照四等水准测量规范测量。水准测量往返测闭合差平差计算获得最后的高程数据。

3.1 GPS-RTK 测量

3.1.1 测量方法

先将需要测量的土方范围在施工平面图上找出，然后输入手簿中，在现场先放出点位，用腻子粉洒出范围，使用华测手簿软件测地通的“点测量”，使用快速地形点现场进行 10m×10 m 的网格测量，并把测量数据进行编号。

3.1.2 内业处理

内业软件使用南方 CASS7.1 for 2006 版，依次点击菜单栏→绘图处理→展高程点，把所测数据使用 PL 命令连成闭合图形，再在菜单工程应用→方格网土方计算，计算出土方量。

表1 测量仪器比较结果

3.2 全站仪测量

3.2.1 全站仪极坐标法

在已知控制点上架设全站仪，在后视点上架设棱镜，在所测范围内放出角点坐标位定出土方测区范围。然后用简易脚架测量地面点数据（包括平面位置与高程），主要对 GPS 测不到的区域进行加密测量，比如建筑物边线位置，靠近树林的位置。

3.2.2 内业处理方法

把全站仪中的数据通过数据线传入电脑，并和 GPS 数据进行叠加，剔除错误数据，容错率不能超过 5 %，把 2 份数据叠加后生成完整的区域土方范围数据，通过南方 CASS 计算填、挖方量（见图2）。

图2 使用 GPS-RTK 结合全站仪数据导入 CASS 生成方格网模型

3.3 单一使用一种仪器遇到的问题

在本工程测量过程中，单一使用 GPS 时精度能够达到 E 级网要求，但是遇到房角点或者进入树林中时 GPS 基本不可用，单一使用全站仪在本工程中因为场地原因，工作量大大增加，工作效率十分低下。因此把两者结合使用时不仅解决了 GPS 没有信号许多地方不能使用的问题，还大大提高了工作效率［1-2］。

GPS-RTK 在工作前需要进行参数的转换，转换参数采用重合点求七参数的方法进行，在该工程中，选择了 5 个首级控制点进行点校正，首级控制点尽量覆盖测区所有范围。把基准站设在测区内周围空旷且地势较高处，采用电台发射模式，充分发挥了 GPS-RTK 作业半径大，流动性强，不受通视条件限制的特点，体现了灵活性。但 GPSRTK 有一个致命问题就是高程的误差，GPS 使用的高程数据为大地高，所以要有高程拟合数据，特别不适合在山地使用，因此在高程数据上有欠缺，并且该工地树林密集，地形复杂（见图3）特别影响 GPS 信号的传输。

图3 地形复杂的中山大学·深圳项目III平面图

GPS 在有些地形条件限制的范围无法收到信号，导致其不能采集数据，因此要采用全站仪弥补 GPS 的不足。在测量时选择较远的图根点作为测站定向点，并施测另一图根点的坐标和高程，作为测站检核，对定向范围进行检查，减少误差，对各通视点进行反算距离和全站仪测量距离进行比较，验证 GPS 测量结果的正确性，从而保证全站仪的精度。但是全站仪在工作中由于场地面积大，图根点较远大大地增加了工作量，虽对地形影响较小但因测区较大，引测控制点距离增加，转点增多，误差增大，测量后还需要计算数据不仅增加工作量，工作效率也不高［3-4］。

3.4 比较结果

仪器对比结果如表1 所示。

4 结 语

全站仪和 GPS-RTK 配合使用的优点如下。

1）GPS 精度满足条件的情况下长距离引点为全站仪作业提供基础测量控制点。

2）GPS 和全站仪同步作业时，RTK 在一个基站点上为全站仪测量对点和检查点，使全站仪作业避免了连续的转站，消除了误差的连续积累，同时对放样点进行了校核和检查。

3）全站仪的测量功能弥补了 GPS 因卫星信号及基站电台信息接收不正常而不能正常工作的缺点。

4）两种方法的结合使用，节省了费用，提高了工作效率。

在传统测量中全站仪起着至关重要的作用，但是随着技术的发展，现在 GPS 越来越能代替全站仪的功能，提高工作效率的同时提高精度，但是全站仪在某些方面还是有着不可替代的作用，比如隧道和矿井中，这是 GPS 几乎不可能做到的，所以现在的工程中都是把两者结合使用，最大限度地发挥出两者的优点，提高测量的精度、速度、效率和节省人力物力，希望这两者的结合能带给我们更多的便利。