基于GPS-RTK测量技术在地质测绘中的应用研究

李嘉璐

（晋能控股煤业集团云岗矿，山西 大同 037017）

在矿井测量中，采用GPS-RTK 测量控制技术，在静态测量模式下，利用接收机对测点进行高精度定位测量，其中矿井周边的坐标系等级控制点是已知点，在矿井内重新布设低等级控制点，建立E 级矿区首级控制网[1-4]，并将原有的工程测量数据转换到新的坐标系中，提高了测量精度。

1 测区概况

云冈矿位于大同煤田的东北部，矿井的设计生产能力为2.70 Mt/a，井田西北位于向斜地轴西翼，东部相邻青磁窑逆冲断层。井田内地层平缓，总体地形是西部高东部低，最高点位于西北侧山顶，高程为+1 055 m，最低点位于东部沟底，高程为+447 m，相对高度差约为300 m。井田由地层平缓走向东西开采煤层连片，煤量大，运输距离较短，开拓条件较好。

2 GPS-RTK 测量控制技术

GPS-RTK 测量技术有很高的精确度和很强的实时性，被广泛应用于矿井测量中。测量控制技术主要包括数据传输和GPS 接收机，工作原理如图1所示[5-7]，用一台接收机作为移动站，另一台接收机作为基准站，用来提供原始测点的坐标。具体工作时，实时收集测点的载波相位数据，利用软件系统，对数据进行差分处理，从而得到测点的详细信息。

图1 GPS-RTK 技术工作原理

2.1 控制点选点原则

根据矿区实际控制区域进行控制点选点，结合地质勘探资料选定控制点。一般选择控制点有如下要求[8-10]：附近比较空旷，没有明显的障碍物遮挡卫星信号的传递，在控制点2 km 范围内，没有电磁波干扰，也没有大面积水域反射卫星信号。控制点均匀分布在矿区，一般埋设在地势较高的地方，便于后期开展测量作业。

2.2 控制点布设

在矿区内布设1 个二等控制点、3 个三等控制点，实际勘测已有的3 个控制点可以利用，将此用作矿区测量的起算数据。根据控制点的选点原则以及测量实际需要，布设10 个控制点，并用水泥桩作标记。本次测量控制网的边长为1.2～5.5 km，控制面积约30 km2，测量区域包含整个矿区。

2.3 外业测量

在外业测量中，使用双频接收机进行接收。为了提高GPS-RTK 技术的测量精度，减少卫星信号的数量，降低不利反射因素的影响，将接收机的天线平面截止角度向上仰15°，待接收机整平后开机，按要求进行测量，时间为50 min。进行测量时，将每个时间段测量得出的控制点组成一组，每组测量4 个点，组成一个闭合的四边形，确保四边形至少有一条边或有两个点共用，最终将所有的时间段测量得出的控制点连接起来组成控制网[11-14]。

采用GPS-RTK 测量技术，只需要测量人员将测站的名称、仪器号、仪器高及作业时间等进行记录，由数据处理人员对数据记录的数据进行平差前处理。

2.4 数据处理及精度评定

外业测量作业结束后，检查数据，确认无误后导入电脑进行处理，在处理前先设置平差参数，利用配套软件对数据进行处理。

对平面坐标进行平差及精度分析。平面坐标主要处理的平差参数有2 个； 一个是三维无约束平差，控制网的参考因子为1，通过χ 平方检验（α=95%），自由度为72；另一个是二维平差，经过3 次迭代，控制网的参考因子为2.024 9，x 平移-42.369 1 m，y 平移-48.315 4 m，比例为-9.375 6×10-6，旋转1.827 8 s。处理完平面坐标数据后，系统会给出观测点的平面坐标，然后对平面坐标中误差进行精度分析，结果如表1所示。

表1 平面坐标和中误差

对高差进行平差及精度分析。对高差数据进行处理，采用高程拟合平差方法进行2 次迭代，控制网的参考因子为0，以DMGB 为参考点，计算公式为：

H=H0+A+B×x+C×y

式 中：A=2.998 27，B=4.358 87E-005，C=-1.582 5 E-005。处理完高程数据后，系统会自动给出观测点处的高程值，根据高程值对高程中误差进行精度分析，结果如表2所示。

表2 高程坐标和中误差

以上平面坐标中误差和高程中误差数据的分析结果，可以看出，采用GPS-RTK 测量技术测量出的结果点位精度较高，且各个测点的中误差比较均匀，误差不累积，解决了传统测量方法误差大的问题。

2.5 提高测量精度措施

提高测量过程精度。在进行测量前，对观测数量和测量精度进行大量试验，以得到更加精确的结果。测量精度随观测数量的增加而提高，在观测数量为20 个时，测量精度最高，在观测数量为50个时，测量精度基本无变化。因此，综合考虑确定每次观测数量为20 个。

提高转换参数精度。由于GPS-RTK 测量技术获得的是WGS-84 坐标系数据，必须对其进行转换得到西安80 坐标系数据。为了提高转换精度，采用七参数转换法进行转换，找到精度高、分布均匀的公共点进行转换。

3 结论

在矿井地质测量中，采用GPS-RTK 测量技术，建立矿区的控制测量网，其做法及优点如下：

1）通过对云冈矿矿区控制测量，根据控制点的选点原则，布设控制点，进行外业测量，并对数据进行处理和精度分析，验证数据处理的有效性。

2）根据对平面坐标中误差和高程中误差数据的分析结果，可以看出，采用GPS-RTK 测量技术测量出的结果点位精度较高，且各个测点的中误差比较均匀，误差不累积，解决了传统测量方法误差大的问题提高了测量精度和效率。