GPS RTK技術(shù)在礦區(qū)測量工作中的應(yīng)用研究

羅元培

摘 要：GPS-RTK技術(shù)是一種新興的礦區(qū)測量技術(shù)，本文通過對GPS-RTK技術(shù)的工作原理和影響GPS-RTK技術(shù)定位精度的因素進行分析，探討了GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用及其優(yōu)越性，并就RTK技術(shù)在實際應(yīng)用中可能遇到的問題提出了有益的見解。

關(guān)鍵詞：GPS RTK；礦區(qū)測量；應(yīng)用

1 概要

RTK(Realtime Kinematic)實時動態(tài)差分法，是一種全新的GPS測量方法。傳統(tǒng)的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量等測量方法都需要測后利用隨機軟件進行解算才能獲得結(jié)果，而RTK技術(shù)采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，它能夠在野外實時火到厘米級的定位精度，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。目前，隨著GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，GPS-RTK已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測繪的各個行業(yè)，與常規(guī)的觀測方法相比，GPS-RTK技術(shù)有作業(yè)效率高、定位精度高、作業(yè)自動化、集成化程度高、作業(yè)條件要求低、操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強等優(yōu)點，具有很強的應(yīng)用性。

2. GPS-RTK工作原理

GPS-RTK技術(shù)是GPS測量發(fā)展中的一個新的里程碑，它主要由GPS接收機、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三部分組成。它的工作原理是：至少使用2臺GPS接收機(1臺基準(zhǔn)站，1臺流動站)，并且必須同時工作，利用載波相位差分技術(shù)實時處理這2個測站的載波相位觀測量進行差分處理。RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度?；鶞?zhǔn)站接收機通常設(shè)在1個固定的點上)，通過基準(zhǔn)站系統(tǒng)采集可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)，巾串行端口送至無線電發(fā)射臺，發(fā)射電臺對包裝后的原始數(shù)據(jù)進行廣播，南流動站電臺接收基準(zhǔn)站發(fā)來的包含基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)的信息，電臺將收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)經(jīng)南串門轉(zhuǎn)往流動站接收機。與此同時，流動站GPS接收機會在其當(dāng)前位置采集本機的原始數(shù)據(jù)。來自基準(zhǔn)站GPS接收機與流動站GPS接收機的原始數(shù)據(jù)匯集在流動站接收機中統(tǒng)一進行處理，從而計算出2個接收機之間精確到厘米級的基線向量，最后，流動站接收機利用已知基準(zhǔn)站的位置和基線向量計算流動站的坐標(biāo)。根據(jù)基準(zhǔn)站和流動站的工作原理，作業(yè)人員攜帶流動站系統(tǒng)在測區(qū)又快又準(zhǔn)確地進行定位測量、放樣和地形測量等其它測量工作。

3. GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

3．1 礦區(qū)控制網(wǎng)的建立和使用

常規(guī)控制測量要求控制點之間相互通視，作業(yè)工序復(fù)雜，而且精度不均勻，外業(yè)中也不知道測量成果的精度。而用GPS-RTK技術(shù)進行控制測量既能實時知道定位結(jié)果，又能實時知道定位精度，這樣可以大大提高作業(yè)效率。求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)為了使GPS接收機中原始大地經(jīng)緯坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，必須先計算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，而求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)必須己知至少3個高精度控制點的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值x、Y、H。

3.2 礦區(qū)地面形變測量

礦區(qū)地面形變測量的目的是在不同時間段測定地面點的水平位置和高程，通過與測前數(shù)據(jù)進行對比分析，得出地面點位的水平位移與下沉值，為變形分析與預(yù)測提供科學(xué)的依據(jù)。其常規(guī)測量方法一般是先在礦區(qū)地面布設(shè)基準(zhǔn)點和形變觀測點組成變形監(jiān)測網(wǎng)。用全站儀測定監(jiān)測網(wǎng)的邊長和角度，用水準(zhǔn)儀測量個測點問的高差，并計算出監(jiān)測網(wǎng)點的水平位置和高程。據(jù)資料顯示，RTK測量點位精度可達厘米級，測得的WGS-84高程轉(zhuǎn)換為1954北京坐標(biāo)系高程后也可滿足礦區(qū)變形監(jiān)測的要求。

3．3 礦區(qū)工程測量

礦區(qū)的工程測量工作一直是一項重要內(nèi)容，也是一直困擾著礦山工作者的難題。因為，工作區(qū)域大多是山地和丘陵區(qū)，森林覆蓋率高，國家控制點密度較稀，通視條件較差。因此常規(guī)測量手段在效率和精度上就很難滿足礦區(qū)工程測量的要求，而GPS-RTK技術(shù)除了上述應(yīng)用外，還可用于礦區(qū)的很多其他工程測量，并能彌補常規(guī)測量在效率和精度上的不足。在礦區(qū)，GPS-RTK技術(shù)可用于動態(tài)測量礦區(qū)采煤地面沉陷積水面積、測繪礦區(qū)地形地貌圖、縱、橫斷面圖的測量以及鉆孔的放樣等。

4. GPS RTK的技術(shù)優(yōu)勢

(1)具有實時性，這是一般的測量設(shè)備所不具備的，而且放樣精度能達到厘米級別。

(2)RTK測量作業(yè)效率高。根據(jù)有關(guān)資料對比分析，GPS-RTK測量作業(yè)效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測量的2-4倍。GPS-RTK的人力和設(shè)備的投入都比較少，常規(guī)測量手段需要的人力和設(shè)備的投入是GPS-RTK測繪手段的3倍左右。

(3)GPS-RTK測量成果在野外觀測時是實時提供的，因此能在現(xiàn)場進行校核數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)測量所不能及的。

(4)GPS-RTK測量的關(guān)鍵技術(shù)之一是陜速解算載波的整周未知數(shù)，達到了快速，高精度，而且即使遇到障礙物失鎖也可在重新捕獲衛(wèi)星并在數(shù)分鐘后繼續(xù)測量的技術(shù)前沿。在RTK作業(yè)模式下，只要能夠滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般為4km)，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。RTK技術(shù)當(dāng)前的測量精度平面：±(10＋1×10-6D)mm；高程：±(20＋1×10-6D)mm。而傳統(tǒng)的作業(yè)方法在進行測量時要逐級進行設(shè)站，造成誤差也隨著傳遞和累計，而采用GPS RTK進行測量時由于精度比較均勻，誤差是相互獨立的，不會積累，也不存在傳遞。

(5)基站與移動站之間不需要通視，觀測距離遠(yuǎn)，全天24小時都可作業(yè)。

(6)完成基站設(shè)置后，整個系統(tǒng)可以由一個人操作即可，也可同時設(shè)置幾個流動站，大大提高了效率。實踐證明GPS-RTK的精度取決于GPS系統(tǒng)、RTK設(shè)備、測量環(huán)境、用戶的使用水平和采用的方法，只要嚴(yán)格按照規(guī)范操作，是完全能保證測量質(zhì)量的。

5. 應(yīng)用體會

(1)由于RTK測量受諸多因素的影響，測量誤差主要來自多路徑效應(yīng)、點位對中誤差等，在測量過程中要盡量避免發(fā)生并減少其誤差。移動站在接收衛(wèi)星信號的時候還要接收基站電臺發(fā)射的信號，盡量不要超過10km。

(2)星數(shù)問題限制了RTK技術(shù)的應(yīng)用范圍。在礦區(qū)工廣內(nèi)樓群比較密集、遮擋物較多或周圍有強烈的電磁波干擾的地方，移動站鎖定衛(wèi)星的個數(shù)少于5個或鎖接受衛(wèi)星信號信噪比小時，很難達到測量需要的狀態(tài)，這時應(yīng)采用和全站儀相結(jié)合的方法，用RTK在附近測量兩個圖根點，再用全站儀進行測量。

(3)遷站過程中，當(dāng)通過樹下、立交橋、隧道時，會引起失鎖。失鎖后，必須重新初始化，確定整周模糊值。確定整周模糊值的時間和可靠性，取決于接收機的種類、所測星數(shù)、至基準(zhǔn)站的距離、RTK軟件的質(zhì)量等因素。

(4)當(dāng)進行一些礦區(qū)一般精度的放樣、測繪工作時移動站的距離可以適當(dāng)拉長，但是在進行1-3cm的定位精度的時候，移動站和基準(zhǔn)站的距離，一般應(yīng)限制在幾公里的范圍內(nèi)，太長了精度將達不到要求。

(5)外業(yè)測量以后還要進行內(nèi)業(yè)成圖，如果測量點較多的話，還需要在外業(yè)測量時進行草圖繪制，RTK提供的電子手簿里具有草圖繪制功能，可以實時的進行繪制以及屬性輸入、圖形編輯，隨著RTK技術(shù)的推廣，相信在礦區(qū)測量中會得到更加廣泛的應(yīng)用。

6.結(jié)論

從前面的敘述可知，與傳統(tǒng)的觀測方法比較，RTK技術(shù)具有集成化、自動化高的特點，適應(yīng)礦區(qū)動態(tài)測量和經(jīng)?；囊?，因此，GPS-RTK在礦山工程測量上具有很大的發(fā)展前景。

(1)GPS-RTK作業(yè)精度高且不受環(huán)境和距離的限制，在地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等施測也很方便。

(2)GPS-RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)，這將徹底改變礦山測量的模式。

(3)只要我們科學(xué)設(shè)計、精心施測，GPS-RTK完全可以滿足礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)和礦區(qū)變形監(jiān)測的要求。

參考文獻：

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