GPS－RTK技术在露天矿山测量中的应用

汪莉萍

(江西省德兴市国土资源局，江西德兴 334200)

GPS－RTK技术在露天矿山测量中的应用

汪莉萍

(江西省德兴市国土资源局，江西德兴 334200)

本文详细介绍了GPS－RTK技术的基本工作原理及工作流程，并通过实例分析了GPS－RTK技术在露天矿山测量中应用的优越性，阐述了RTK技术的局限性。

GPS－RTK技术;测量原理;露天矿山测量;转换参数;应用

近年来随着GPS技术的出现以及GPS接收机空间定位精度的不断提高，GPS－RTK技术也已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个测量领域，GPS－RTK技术在露天矿山测量中的应用具有非常广阔的前景，本文将以德兴铜矿露天矿山测量为例，阐述了GPS－RTK技术在露天矿山测量中的应用。

1 GPS－RTK技术的基本工作原理

1.1 GPS系统的组成

GPS全球定位系统［1］它包括三个组成部分即: GPS卫星的空间部分、地面监控系统的地面控制部分和GPS信号接收机的用户部分。

1.2 GPS－RTK的基本思想

差分GPS定位技术［1］是一种高效的定位技术，它利用2台以上的GPS接收机同时接收卫星信号，其中的一台安置在已知点坐标上作为基准站，另一台用来测定未知的坐标即:流动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给流动站，流动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大的提高了定位精度。RTK技术是载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。

1.3 GPS－RTK的测量原理

GPS实时动态测量［1］(Real－Time Kinematic)简称RTK，又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。需要至少两台GPS接收机，在已知点上设置一台GPS接收机作为基准站，并将一些必要的数据，如基准站坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS手簿，一至多台GPS接收机设置为流动站，共同跟踪5颗以上卫星。基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其实测精度，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接手后手簿将测得的坐标、高程及精度同时记录于手簿中。

移动站可处于静态，也可处于动态，可在一个固定点上进行初始化后进入动态工作，也可以在动态条件下进行初始化(须有动态初始化On－The－Fly简称OTF功能接收机)。移动站与基准站测量范围距离一般在15km以内，实时三维定位精度可达厘米级。我们在德兴铜矿露天矿山测量中使用的是南方灵锐S86(1+3)接收机，其技术指标为:双频主机、天线，RTK电台一体化。

2 工作流程

2.1 收集矿区控制点资料

作业前首先收集矿区控制点资料，包括控制点坐标、高程、等级、中央子午线、坐标系、控制网类型、控制点的位置及周围地形是否适合作动态GPS的参考站［2］。如无可用控制点，还需要布设及测求GPS控制网。为了实现GPS网与地面网的联合平差与高程转换，还要对矿区控制点进行合理的布设和筛选，使其数量不应低于3～4个，且要求分布均匀。

2.2 求解矿区坐标转换参数

由于GPS RTK获得的是WGS－84坐标系中的坐标，而工程要求的是地方坐标(该矿区需要的是北京54坐标)，这就要求必须将WGS－84坐标转换为北京54坐标或地方坐标。由于该矿区内已知控制点的大地坐标和北京54坐标(或当地坐标)都已知道，在静态测量中，通过与坐标控制点联测，并使用后处理软件来求取WGS－84坐标与北京54坐标或地方坐标的转换关系，进而把GPS观测的WGS－84坐标成果转换为北京54坐标或地方坐标成果。在RTK测量中，我们可以直接采用后处理得到转换参数［3］，从而得到实时的三维定位结果。

2.3 基准站与流动站的设置

在RTK测量［4］过程中，流动站的测量精度是随着与基准站距离增大而降低的，同时与接收信号的强度有关。为使在矿区测量时能够获得较好的信号，基准站尽量安置在高处，且在测区的中心位置，保证流动站与基准站之间的距离不能太大，一般不超过15km。且周围无卫星信号的大面积遮掩和影响RTK数据链通讯的无线电干扰，必要时可提高基准站天线的架设高度和采用外置电台增加电台功率。

2.4 野外数据的采集

在已知点上架好GPS主机和天线，打开GPS主机电源，GPS主机开始搜索卫星，当接收卫星达到5颗或5颗以上时，PDOP小于2时，启动电台，电台指示灯显示发出通讯信号后启动流动站;当流动站接收卫星达到5颗或5颗以上时，并接收到主机发送的信号后打开工作手簿，建立项目工程名称、文件名称、设置投影参数，待参数设置完成，基准站设置好启用七参数到固定解后校正，到另外一已知点进行检核，当检核满足精度要求［5］后，便开始RTK野外数据采集，野外采集的数据以DAT数据文件形式存储于手簿中(内业数据处理需要使用DAT格式)。

3 GPS RTK技术在露天矿山测量中的应用

由于GPS测量技术具有全天候、高精度、高效率等优点，随着GPS接收机性能的不断完善，使GPS－RTK技术在矿山测量中可以完成多项工作，有时常规测量方法和仪器很难满足工程需要，根据工程性质和特点，为满足矿山生产和建设的需要，通过实践证明，GPS－RTK技术在露天矿山建设测量和生产测量过程中具有广泛的发展空间，在实际应用中，充分证明了GPS－RTK技术在露天矿山测量中的优越性。

3.1 矿区大比例尺地形图的测绘

为满足矿山生产建设的需要，需要对矿区进行大比例尺地形图的测绘。用传统的方法测图，需要先建立控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。其工作量大、速度慢、花费时间长，而且每组至少需要3～4个人。采用GPS－RTK测量技术，基准站设置好启用七参数到固定解后校正就可以自动运行，一个流动站只需要一个人就可以操作，在沿线碎部点上只需停留几秒钟就可以获得每点坐标、高程，结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据库，通过计算机专业测绘软件CASS［6］数据处理、编辑即可绘成DWG数据文件的地形图。由于只需采集碎部点的坐标和高程和输入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图难度，既省时又省力。

3.2 露天采场采剥量的验收

德兴铜矿是大型的露天矿山:分铜厂采区和富家坞采区，矿石日处理量就达13万t，根据工程性质，每月都要对两个采矿场的矿岩剥离量进行验收。采用常规验收方法，需要先在采场周围设置导线控制点，并且要保持点间通视，有时还要引测到采场内部，然后进行碎部测量，测量验收的现场工作量大。而且由于爆破及边坡的影响，常常会导致控制点被破坏，每次工作前都要对控制点进行检核，才能保证验收精度。而采用GPS－RTK测量技术只需要在一个已知控制点上架设好基准站启用七参数到固定解后校正，即可同时采用多台流动站进行采矿场现状碎部点采集工作。在采集碎部点过程中不需要点间通视，而且每个碎部点的采集都为独立观测，不存在误差积累。采用GPS－RTK测量技术只需要2天就可完成采场采剥量的验收工作，既保证了精度又提高了作业效率，同时又节省了大量的人力、物力。

3.3 露天采场边坡境界线的施工放样

设计人员在地形图上定线后，需将境界线及里程桩在地面上标定出来。采用GPS－RTK测量技术，只需要将境界线各拐点的坐标输入GPS手簿中，采用线放样或点放样功能系统即可同时完成境界线及里程桩的标定工作。由于每个点的测量都是独立完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致，同时在标定过程中进行实测，标定结束后落到设计图上进行检核，确保标定位置正确。

3.4 钻孔的测量和放样

采用GPS－RTK测量技术只需要在一个已知控制点上架设好基准站启用七参数到固定解后校正，即可同时采用多台流动站进行钻孔坐标测量。地质技术员在图纸上设计好钻孔后，测量人员只需将各钻孔坐标输入GPS手簿中，采用GPS－RTK点放样功能即可将钻孔点位标定到实地位置。

4 GPS－RTK技术的优点及测量中注意事项

4.1 GPS－RTK测量技术的优点

(1)点位精度高。采用GPS－RTK技术采集的每一个点都为独立观测点，不存在误差积累，而且数据安全可靠。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK的平面精度就能够达到厘米级。

(2)作业效率高。在一般的地形地势条件下，设站一次就可测完大约6km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器搬站的次数，提高了劳动效率。

(3)降低了作业条件要求。RTK技术不要求点间通视，因此和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因数的影响和限制较小。在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区的测量工作，只要满足RTK的基本工作条件，就能够快速的完成高精度的定位作业。

(4)操作简便，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，便于存储、管理和共享，达到一测多用的目的。

(5)测量组织更为灵活。因基准站与流动站之间依靠数据链联系，只要电台功率足够，电波发射范围就是实际作业范围。各流动站独立作业，可采用一个基准站配一个或多个流动站的作业组织形式。

4.2 GPS－RTK技术测量中注意事项

(1)RTK测点应选在开阔处，避免高压线及大功率发射台、树林、民房等卫星信号被遮挡的地方。

(2)基准站应设置在测区中央较高位置，远离高压线和大功率发射台等干扰信号源，且保证基准站卫星截止高度角在15度以上。

(3)在采集作业前，每次移动站要到已知控制点上进行检测，一是为了确认基准站和流动站的输入项和设置都正确无误;二是为了检验已知控制点间的兼容性;三是为了方便图根点控制的精度评定。

(4)严格规范操作，减少人为因素对测量精度的影响。观测者必须垂直握住测杆，对于精度要求较高的测量工作，必须保证水准气泡居中，必要时可采用三脚架基座对中整平。

5 结束语

GPS－RTK测量技术通过在德兴铜矿大型露天矿山测量中的应用，充分体现了该技术的优越性，实现了数据信息处理的自动化、智能化，能进一步提高测量作业效率，大大降低劳动强度，使矿山测量工作变得更加容易。随着GPS－RTK测量技术的不断完善，该技术必将在大型露天矿山测量中得到普及和应用，我们将充分利用先进的测量仪器设备和计算机技术，为矿山测量服务好。确保测量数据的准确，为矿山的生产提供可靠的依据。

［1］刘大杰、施一民、过静珺.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理.同济大学出版社.1999，2－7:97－143.

［2］孔祥元、梅是义.控制测量学(上册).武汉科技大学出版社.1998:250－281.

［3］南方测绘仪器有限公司.GPS定位原理及应用.2005.

［4］南方测绘仪器有限公司.工程之星2.0用户手册.2007.

［5］全球定位系统GPS测量规范(CH2001－921992)［S］.

［6］南方测绘仪器有限公司.CASS2008参考手册.2008.

The Application of GPS－RTK Technology at Open Pit

WANG Li－ping

(Dexing Land and Resources Bureau of Jiangxi province，Dexing，Jiangxi，China 334200)

The article introduces the basic working principle and process of GPS－RTK technology in detail，and illustrates the limitation of RTK technology by analyzing the superiority of the GPS－RTK technology applied in open pit measurement.

GPS－RTK technology;measuring principle;measuring at open pit;convert parameters;application

TD17

B

1009－3842(2011)04－0028－03

2011－05－03

汪莉萍(1973－)，女，汉族，江西德兴人，主要从事国土测绘方面工作，E－mail:wanglp6618@126.com