GPS-RTK技术在矿山测量中的应用

刘金平

诸城市土地开发整理中心，山东诸城 262200

GPS-RTK技术在矿山测量中的应用

刘金平

诸城市土地开发整理中心，山东诸城 262200

随着社会和科技的高速发展，一种新兴矿区测量技术（GPS-RTK 技术）也得到发展应用，促进了矿山测量精度以及工作效率的提高。本文简要分析GPS-RTK技术及其在矿山测量中的应用。

GPS-RTK；矿山测量；精度；效率

1 GPS-RTK技术概述

1.1 基本原理

采用载波相位观测量为根据，实时动态差分法（RTK）是一种新的常用的GPS测量技术。在基准站上，GPS接收机对经过其上方的可见卫星进行实时的连续性观测，利用无线电等设备传递发送到用户观测站；在用户观测站，对于基准站获取的数据采取实时接收，之后利用相对定位的原理，显示出能保证观测站精度达到厘米级的三维坐标。该结果可以实时的反映出基准站和观测值用户坐标解算的收敛情况，并根据该收敛情况来判断其质量，从而达到在减少观测数量的同时能够提高效率。

1.2 RTK测量系统的构成

RTK测量系统主要由三部分构成，分别是GPS接收设备、数据传输系统和软件系统。

1）GPS接收设备。由于双频观测值的精度较高，并且能够准确解算整周未知数的同时保证效率，因此双频GPS接收机分别设置在基准站和用户站上。

2）数据传输设备。数据传输设备，也称之为数据链，由两部分组成：用户观测站的接收机以及基准站的无线电发射台。结合基准站和用户站之间的数据的传输速度、距离和环境质量，决定数据传输设备的频率和功率。

3）软件系统。软件系统在支持实时动态测量时的功能以及质量决定了其可行性、可靠性以及精确性。利用这种软件系统，能够实现快速静态、准动态和实时动态等不同作业模式的快速选择和切换，快速解算出整周未知数，能够实时分析和评价解算结果的质量。

2 GPS-RTK技术在矿山测量中具体应用

2.1 内业准备

结合具体的矿区情况和矿山测量所有的特点进行准备工作，主要有：1）由项目情况确认工程名称。2）获取工程范围内的控制点并进行分析和实地考察，判断控制点形成的控制网是常规的还是GPS网，并确保这些点可作为基准点。3）确认参数设置：一般情况下，在基准站，数据采样率为4-5s；在流动站，为1-2s。高度截止角在通常情况下设置为10度。4）坐标转换参数已知时，将该参数输入到电子手薄。5）在需要放样的情况下，为了能够在野外实地完成精确并且实时的工程放样，每个点的坐标以及线路的方位角需要手动的输入到电子手薄中。

2.2 求解工程相对测区的转换参数

一般的矿山测量坐标系是北京坐标系或者独立的坐标系，意味着需要进行WGS-84坐标系与该坐标系之间的转换。确保能够实时给出当地坐标这是RTK最基本的作业要求，所以坐标转换工作尤为重要。

1）在测区较大的情况下，需事先测定出由同一高等级控制点的两种坐标求取的具体的转换参数，在实际作业即GPS-RTK下，直接输入获取的参数和坐标。

2）在RTK工作时也可实时求取转换参数：具体为先建立基准站，要求在视野开阔的地方，四周无高大建筑和树木群，实时单点定位WGS-84坐标，然后联测三个以上的高等级控制点作为流动站，从而联合解算出坐标参数。

为获取转换参数需联合三个以上且包含北京54坐标或地方坐标、WGS-84地心坐标的已知点，这些点最好均匀分布在测区四周及中心且利于控制测区。为了确保其有效性和可靠性，可利用最小二乘法求解。

2.3 基准点的安置和测定

基准站的安置在满足下列条件下可保障精度的同时提高效率。

1）基准站一般设立在已知精确坐标的控制点上，但是如一些未知点的条件较好也可设立。

2）对于基准站安置环境，需设立在视野开阔、地势较高、电台覆盖区域良好的地点，并优先考虑将基准站安置在测区中央地区，方便数据信号的传输。由于电磁波会影响到数据的传输，需尽量避开有较多电磁波干扰的地方。

3）对于高压线、无线电发射台等干扰源会对数据的传输造成影响，会使数据丢失或发生多路径效应，因此不要将基准站设立在这些干扰源和发射源附近。

4）由于GPS卫星在南北极附近有空白区，所以基准站电台的天线需架设在GPS接收机主机的北方。

2.4 GPS-RTK施测及放样

为实现GPS-RTK施测及放样，首先如2.2中所述利用点校正，在对测区进行首级控制之后，求解坐标系的转换参数；然后按照2.3中所述，将基准站安置在满足视野开阔、无干扰等条件的区域。在测区内可见五颗以上卫星，并且PDOP值小于6时，完成初始化后获取固定值只需要5-15s。对于每一个移动站，只需安排一人进行测量，在进行测量作业时，首先需检查控制点，确保无误后，对地形、地物以及勘探巷道的采集和相关工程放样工作则可利用电子手簿进行直接的作业，只需1-10s即可完成一次采集记录。

GPS-RTK的数据处理工作相对简单，外业测量中获取的实时坐标可通过手簿与计算机建立传输后直接下载，并进行编辑、整理、分类等后期作业后可直接打印。在进行工程放样之后，GPS-RTK可以方便的实时提供数据来进行导航，从而快速找到待放样点，整个过程不再如传统的测量手段需要借助对讲设备来确认方向等数据，电子手簿能极大的提高工作效率的同时降低测量工作人员的工作强度。

2.5 野外作业过程

利用GPS-RTK整个野外作业实测的过程为：1）在基准站GPS 接收机的实时动态差分系统中输入获取的测区坐标的转换参数；2）安置GPS接收机于选定的有良好条件的基准站上，打开后输入该站点的坐标和天线高，接收机会利用转换参数将该坐标转换到WGS-84坐标系统下；3）基准站实时接收卫星信号，并将观测值、工作状态等信息发送出去；4）流动站接收机在接收卫星信号的同时获取来自基准站的数据，从而联合生成该流动点的WGS-84坐标系下，再利用转换参数，计算得到其地方坐标系下的数据，实时显示供测量人员利用。

3 RTK的不足及其解决办法

3.1 受卫星状况限制

对于某些时间段而言，如当时卫星位置对美国而言是最佳，但是却不能覆盖到世界上的所有国家，这就会导致假值的现象出现。另外，卫星信号被长时间的遮挡、覆盖，如一些高楼密集的城区、森林密集区，又或者是高山深谷中，都会使RTK的作业受限。因此，对于出现的假值情况而言，可以采取RTK测量成果的品质控制方法来解决；对于作业受限的情况，则需要选择适当的作业时间来减少误差。

3.2 环境影响

环境的影响，除了在卫星信号易被屏蔽区域，GPS也会受到电离层的干扰，尤其在中午的时候，而且存在共用卫星数少的情况，一般只能接受到五颗及以下的卫星数，这都会使初始化变得困难，增大测量的难度甚至无法测量。

3.3 数据传输受限

各种高频信号以及高大山体、高大建筑物等都易干扰RTK数据的传输。数据信号在传输过程中的衰减会降低外业作业的精度。另外，当RTK作业半径超过根据机型不同限制的距离时，也会导致测量结果误差超限，所以一般情况下RTK的实际作业有效半径比标称半径要小很多。工程实践和研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%，同时与静态测量相比，RTK测量更容易出错，所以采取品质控制很有必要。

4 结论

综上，GPS-RTK技术的发展进步及在矿山测量中的应用，将有利于促进矿山测量进步与发展，改变观念并转变传统生产作业方式，并逐渐形成以数据采集、输入、分析、处理、保存、输出为一体技术系统。今后的矿山测量工作应着重于开发和应用以GPS-RTK技术为代表的测绘新技术，争取早日实现我国的矿山企业数字化。

[1]刘基余，等.GPS测量原理及其应用[M].北京：测绘出版社，2002.

[2]王子凡，邓连利．GPS-RTK技术在工程测量应用中的优劣简析[J].西部探矿工程，2011（1）.

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1674-6708（2015）148-0058-02