试论GPS-PTK技术在矿山测量中的应用

高红光

(陕西陕煤澄合矿业公司王村煤矿斜井,陕西渭南 715200)

试论GPS-PTK技术在矿山测量中的应用

高红光

(陕西陕煤澄合矿业公司王村煤矿斜井,陕西渭南 715200)

随着测量技术的飞速发展,在矿山测量工作中使用的软硬件都有了较大的提高。GPS-RTK技术有作业效率高、定位精度高、集成化程度高、操作简便、作业故障率低等优点,具有较强的应用性,因此该技术在矿山测量中起到了不可替代的作用。本文探讨了GPS-RTK测量技术的一些特点及其在矿山测量中的应用。

GPS-RTK技术 矿山测量 应用 工作原理

1 引言

测量工作对于矿山具有至关重要的作用，是矿山建设和矿山生产的重要的必须的环节，矿区地形图、矿区测量控制网、矿区规划及厂房基础建设等都需要进行大量的测绘工作。随着科学技术的不断进步，测量工具的使用、测量方法的应用也在不断发展进步。因大多矿山地形较为复杂，用传统的测量手段、测量方法测量需要大量的时间，且工作量也会很大，难以保证测量精度。GPS-RTK技术不受一般光学测量仪器所需要的通视限制，同时测量的基线长度也不受通视距离的限制，较传统测量方法其测量速度更快、精度更高。随着全球定位系统技术的发展，GPS-RTK技术在矿山控制测量领域得到了越来越广泛的应用。

2 GPS-RTK技术的构成及工作原理

2.1 GPS-RTK系统的构成

GPS-RTK测量系统主要由GPS接收设备、数据传输系统和软件应用系统等三大部分构成:(1)GPS接收设备。由于采用双频观测值方法进行测量，不仅可以保障测量的准确性，同时也更利于快速准确地解算整周未知数，因此在基准站、用户站分别设置双频GPS接收机，如果基准站服务于多个客户，那么其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。(2)数据传输设备。数据传输设备也称为数据链，包括基准站中无线电的发射电台、用户设备接收机等。

(3)软件应用系统。采取软件应用系统，发挥实时动态测量软件的功能与质量，对于保障实时动态测量的可行性，具有决定性意义。有固定的软件程序作支撑，能够选择静态、动态、实时动态等分析模式，可以对计算结果进行一致性检验和分析评价，有利于提高测量结果的可靠性和精确性。

2.2 GPS-RTK技术的工作原理

GPS-RTK技术需要配备基准站和流动站，其系统主要由基准站、流动站(一个或多个)、数据链等三部分组成。其工作原理是将一台接收机放置于基准站上，另外的接收机(一个或多个)放置于流动载体上(称为流动站)，基准站和流动站同时接收同一时间的GPS卫星信号。基准站设在具有已知坐标的高等级控制点上，连续接收卫星信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。基准站通过预定方式将测量数据通过数据传输设备(数据链)发送给流动站，流动站在跟踪采集GPS卫星数据的同时也会接收基准站传输给它的数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，从而得到经差分改正后流动站与基准站之间的三维坐标增量△X、△Y、△Z，由此能较准确的计算流动站的实时坐标位置。

3 GPS技术的优缺点分析

3.1 GPS-RTK技术的优点

首先，传统的测量手段、方法，在测量过程中容易受到地形、气候、季节等诸多因素的影响，在气候环境差能见度低的时候，甚至无法正常开展测量作业。而运用GPS-RTK技术可以大大降低不利因素带来的影响，能更好的保证测量精度，大大提升测量作业的速度。在通常情况下，GPS-RTK设站一次即可测完5000m半径区域的测量工作，在此范围内不需要分级布置测量网，大大的提高了矿山测量的工作效率，能有效的减轻测量人员的工作强度，节约工作时间。GPS-RTK技术定位精度高，数据可靠安全，没有累计误差，测量站之间不需要通视。因此，在没有测定已知基准点或者测定的基准点已被一些因素破坏等控制点不足的地区，以及由于复杂的地形、存在障碍等而造成通视困难的地区，GPS-RTK测量技术更能发挥其精度高、速度快的优势。

其次，GPS-RTK测量技术的综合测绘能力强，作业集成度高，容易实现自动化测量作业，可胜任各种测量工作。基准站能够为不同用户提供多项信息输出，流动站利用内置软件应用系统，在作业时自动生成整周未知数的动态初始化解算，作业精度高，且能进行自动控制和记录。另外，无论白天还是黑夜都不受外界天气、气候、坏境的影响可以连续的24小时不间断作业，从而建立起整个自动化作业指挥系统，具有超强的工作效率。GPS-RTK测量技术的数据传输、数据处理、数据存储的能力强，不需要投入太多人力物力，作业故障率低，可以大大的节省各种成本投入。此外，流动观测可以扩大仪器的使用范围，不需要测站间相互通视，也节省了建立测量控制网的成本投入。

最后，GPS-RTK技术操作简便，对作业条件要求不高，与计算机、全站仪等测量仪器通信方便。其作业操作人员少，GPS接收机仅需一个人操作，等待时间短，定位速度快，外业效率高，内业便于计算机处理，因此节省了测量工作时间和人力投入，能大大提高企业的综合效益高。

3.2 GPS-RTK技术的缺点

GPS-RTK技术各观测点都是独立进行测定工作，难以判断仪器是否处于正常状态以及观测的数据是否准确。因此，在观测前必须要对仪器进行校验，将测定值与已知值进行对比以确定参数设置是否正确，检查数据链是否畅通，测量中需要时刻关注仪器的状态。采用GPS-RTK作业时有时需要经常重新初始化，这样测量的精度和效率都受影响。

由于GPS-RTK技术较容易受卫星状况、天气情况、数据链传输状态的影响，从而使得GPS-RTK技术不能做到100%的可靠，在稳定性方面不及全站仪。另外，因RTK耗电量较大，容易出现电量不足的情况。所以需要多个大容量电池才能保证测量工作的连续性，因此，在没有电力供应的偏远作业区时将会受到限制。

4 GPS-RTK技术在矿山测量中的应用

4.1 GPS-RTK技术用于矿山测量控制网的建立

传统的控制测量方法要求控制点之间必须相互通视，而矿山测量中因为地形条件无法形成相互通视，其传统的测量控制方法作业工序较为复杂，外业中不知道测量成果的精度如何。而采用GPSRTK技术进行控制测量，既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，从而可以大大提高测量作业的效率。在精度方面，GPSRTK测量技术也完全能满足矿山测量控制网的精度要求，应用GPS-RTK技术进行测量控制可达“cm”级的精度。因此，GPS-RTK技术运用于矿山测量中控制网的布设，不但测量精度能够达到规范的要求，而且快捷方便，省时省力。

4.2 GPS-RTK技术在矿山地形测绘中的应用

矿山测量工作者需要不断地对矿区地形图进行补测和修测并测绘大量的专用地籍图、规划地形图，而RTK的技术给我们的测图工作带来很大的方便。矿山地形测图通常是以控制点与加密图中的控制点相结合，对控制点使用经纬仪测图法或者是平板仪测图法实施地形图的测绘。近年来绘图手段已经发展到了全站仪以及电子手薄的编码方法，在使用测图软件来绘制地形图，这种方式减少了人员的投入，只需要2到3人一起进行操作便可完成。应用GPS-RTK测量技术实施测图，只要一人就可以完成测绘点上测量工作，专业测图软件的使用，可以自行的输出所需地图形貌特征，测量精度更能符合相关要求。用GPS-RTK测量技术对碎部点进行测定的过程中，各个要求点之间不需要互相通视，因而，能有效的提升测绘作业的准确性和高效率性。

4.3 GPS-RTK技术在矿山工程建设中的应用

矿山建设中的工程测量工作一直是矿山建设的重要内容，也是一直困扰着矿山工程测量人员的技术难题。因为，矿山大多是山地和丘陵地区，通视条件一般较差，传统的测量方法测量手段没法开展，因此，其测量精度和工作效率很难满足矿山工程测量的要求。而GPS-RTK技术能很好的弥补上述在传统测量方法中容易出现的效率和精度的不足，其在工程定位和工程放样过程中非常方便，而且可以提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。GPS-RTK测量技术比较广泛的应用于矿山建设工程项目中，如:矿山开采沉陷地表岩移站观测、土地勘测定界、地面建设工程测量、地面三维空间定位、开采灾害防护与监测等，通过实测资料分析可以得到测点的水平移动变形数据等信息。GPS-RTK技术可用于动态测量矿区采煤地面沉陷积水面积，纵、横断面图的测量以及钻孔的放样等其他很多矿山工程的控制测量工作。

5 结语

在科学技术飞速发展的今天，GPS-RTK测量技术给测绘工作带来了革命性的变化。与传统的观测手段及方法相比较，GPS-RTK测量技术具有高度集成化、自动化等优点，适应矿山动态测量。GPS-RTK测量技术能够实时完成较高的定位精度，进行远距离的坐标测量，具有测量人员少，速度快，且其不受环境和距离的限制，在地形条件困难地区、局部重点工程地区等施测也很方便。但是必须要有足够的卫星数量支撑，且需要有稳健的数据链等外界条件。因此，有时会出现无法正常作业的情况，在矿山测量中显得很突出，这就需要不断的完善改进GPS-RTK技术，寻求更为先进的作业方式以能更好的服务于矿山测量。

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