GPS-RTK技术在矿山测量中的应用初探

蔡红亮

(河北钢铁集团迁安红山铁矿有限公司,河北迁安 064409)

G P S-R T K即以载波相位观测值为基础的动态定位测量技术,是一种当前矿区工作中常用的先进G P S数据测量方法。在传统的测量工作中,厘米级别的精确测量需要依靠静态测量、动态测量、数据分析、数据计算等多个步骤才能完成。而应用了G P S-R T K技术后,工作人员通过野外定位即可直接得到厘米级的测量结果,大大加强了矿山测量活动的效率,为矿区整体工作水平带来了质的飞跃。

1 GPS-RTK技术的基本概述

1.1 GPS-RTK技术的架构

就目前我国矿山应用的测量系统而言,应用的G P SR T K技术主要包括G P S接收设备、软件系统以及数据传输系统。其中,G P S接收设备主要是指G P S接收机,该设备能够有效且准确地进行观测数据的计算;软件系统需要使用固定的软件程序进行支撑,对于G P S-R T K技术应用的软件系统来说,存在动态、静态以及实时动态等多种分析模式,从而对计算的结果进行相关的检验以及分析评价;数据传输系统主要包括用户站的接收机以及无线电发射台,该系统能够根据用户站和基准站之间数据传输的速度和距离进行频率与功率的选择。

1.2 GPS-RTK技术的测量原理

GPS-RTK技术在进行测量的时候,会将一个基准站以及基准点作为基础,在基准点上进行首级控制点设置,该控制点需要具备较高的精确度,这样才能够确保观测结果的准确度;然后在基准站内安装一台GPS接收机,进行GPS卫星传输信号的接收。基于相对定位原理,使用无线传输设备进行观测数据的接收,并对该数据进行计算,与此同时,用户的实时三维坐标能够显示在屏幕上。这种测量方式是将载波相位的观测作为依据的一种实时差分G P S测量技术,有效提高了数据观测的实时性。

2 GPS-RTK技术的优缺点

2.1 GPS-RTK技术的长处

第一,由于GPS-RTK技术是基于卫星定位建立发展起来的,不会产生人工测量中存在的人为错误问题,继而能有效提高矿区测量工作的精准度;第二,过去的人工测量工作经常会受到气候、地域、昼夜变化等自然因素影响,使得测量活动经常间断,一方面使得测量到的信息缺乏时效性,另一方面大大延长了矿区测量耗费的时间。而在应用了GP S-RT K技术后,大大改善了这一问题,实现了矿区测量的24小时不间断测量工作;第三,GPS-RTK技术的远程设备端具有便于携带、便于操作的特点,使得测量人员在实地测量时无需背负较重、较多的仪器设备。同时,远程设备端可通过信道与测控基站实时进行数据的传送、处理和储存,使得测量工作的整体效率得到了提升,技术得到了支撑;第四,在应用GPS-RTK后,矿区测量人员可以根据实时获得的数据信息建立起系统化的矿区地质变化宏观模型图和矿区测控网络,为人员分析不同时间内矿区数据动态变化情况提供了图像支持。

2.2 GPS-RTK技术的不足

首先,受到雾霾、多云等特殊天气影响,对卫星向地面发射信号也会有延迟等,继而导致G P S-R T K技术设备的信息处理和计算时间延长,使得矿山测量工作缺乏一定的稳定性;其次,G PS-RT K对仪器预设的参数标准具有高度依赖性,当人员因疏忽、误操作等原因设定了错误的测定参数后,将使得设备的数据对比功能受到影响,继而使得设备的报警、预测等功能失去应有的作用。

3 GPS-RTK技术在矿山测量中应用的注意事项

3.1 测点布置中的注意事项

虽然GPS-RTK技术具在行业中有很强的优越性,但其操作也难免存在一些误差。对此,为了增强测量成果的精准度,工作人员在测量操作过程中应尽可能缩短移动测量站与基站之间的直线距离,通常来说,以10千米以内为宜。同时,还应尽量加强测区各个控制点测量工作的联动程度,以保证最终测量结果长期处在高水平范围内,进而有力地避免路径效应、单个点位测量误差对整体测量工作造成影响。

此外,由于G P S-R T K技术要以卫星定位系统为基础,而桥梁等物体会对其内部、下方的环境进行遮挡,使得卫星定位存在遗漏。所以,工作人员在应用G P S-R T K技术进行测量操作时,要尽量保持测量站上方无较大外物遮挡、测量站四周视野开阔,以保证测量成果更加精准有效[1]。

3.2 信号输送中的注意事项

移动测量站与基站之间是通过信号发送进行数据通信的,所以在数据发送时要尽量避免磁场对通信工作的干扰。当受到特定的环境影响,无法避免磁场干扰时,可采取移动测量站延长停留时间的方式进行解决,以保证数据传输的顺利完成。

4 GPS-RTK技术在矿山测量中的实际应用方向

4.1 实现控制点放样的精确化、便捷化

在传统的矿山测量过程中,受到测量仪器的限制,放样工作需要按照先控制、再碎步的程序实现。而在应用了G P S-R T K技术后,工作人员只需要制定出针对性的观测方向和计划,并围绕现有的控制点入手实施放样活动,直至放样数量达到矿区控制网精确度要求即可停止。需要注意的是,在这一过程中,控制网中具体的点坐标必须与实地相匹配,以免减少后期观测值的误差程度。

在实际应用G PS-R TK技术进行放样工作时,预先设置好的控制点位信息会被导入到工作人员携带的小型电子设备中,其后工作人员只需跑点便可进行放样工作。当电子设备的GPS接收器发出提示音时,即表示工作人员到达了控制点的准确方位。由此可见,应用G P S-R T K的放样工作在实践操作上是较为简便、快捷的,可以有效地提高控制点放样的效率,进而实现矿山测量整体工作质量的发展。

4.2 实现地面监测的实时化、全面化

在实际的矿山开采过程中,矿区工作人员一定要对地面状况的监测工作提起重视,因为一旦地面发生形变,将会给地质灾害埋下极大的隐患,同时对当地的居民生活安全、社会可持续发展、区域经济效益造成影响。

基于此,工作人员应对地面状况进行定期观测,并根据观测结果,分析一定时期内地面是否发生变形及形变幅度,继而制定出具有针对性的应对办法。在应用G P S-R T K技术进行地面观测时,首先要以当地地面变形观测点为基础参照,其后长期对该区域进行变形观测,便可得到矿区当地地面的位移情况和浮沉程度。此外,为了保证地面观测工作的精确性和全面性,还应在矿区内不同区域建立多个变形观测点,形成庞大的地面测控网络,为矿区整体地表变动情况的计算和预估提供数据基础[2]。

4.3 实现各工程建设环节的科学化

以G P S-R T K技术在控制点放样和地形监测中得出的数据,工作人员可以建立起立体化的矿区三维模型图,继而为矿区工程建设中土地勘探、灾害预防等工作环节提供有效的数据和技术支持。以地表岩石变化监测工作为例,相关工作人员可将G P S-R T K技术与合成图软件相结合,建立出当地地表岩石情况的宏观模型图,并实时根据观测结果反馈的信息进行图像的修改和更新。以此为依据,通过对比不同时间内模型图的变动情况,即可计算出矿区地表岩石的移动规律。

4.4 实现矿区人力资源配置的合理化

受到G P S-R T K技术的优势辅助,矿区中管沟、采坑回填等环节的验收工作只需要很少的人力便可完成,大大实现了矿区整体工作的人力资源配置优化。同时,在无需做隐蔽处理的工作区域内,还可以G P S-R T K技术为技术依据建造单基站C O R S工作系统,在测量数据准确、信息流通及时的前提下开展无人看守工作,将大大降低了矿山监测的人力成本。

5 结语

总而言之,应用G P S-R T K技术进行矿山监测,是当前信息化时代采矿业实现高效发展的必由之路。分析可知,在定位准确、操作合理、通信无碍的前提下应用G P S-R T K技术,可以有效地提升矿山测量活动中放样、建设、回填、验收、安全防范等多个工作环节的效率,实现人力资源的合理配置,继而在保证工作质量的前提下合理节约经济成本。最后,希望本文对日后矿山测量工作的发展有所帮助。

[1] 徐文革,田东,包晓明.GPS-RTK技术在矿山测量中的应用及优缺点[J].包钢科技,2010,36(03)：90-92.

[2] 刘莺.GPS-RTK技术在广西大新锰矿露天矿山测量中的应用[J].中国锰业,2012,30(03)：45-47.