RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用研究

陳健峰 蔡利波 孫 偉

(寧波冶金勘察設(shè)計研究股份有限公司，浙江 寧波315041)

RTK技術(shù)為井上大面積地形圖測量、尾礦庫變形監(jiān)測、工程施工放樣等工作帶來了極大的便利。

1 RTK技術(shù)構(gòu)成

RTK測量系統(tǒng)主要由GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。1）GPS接收設(shè)備在基準站和用戶站上，分別設(shè)置雙頻GPS接收機。由于雙頻觀測值不僅精度高，而且有利于快速準確地解算整周未知數(shù)。當基準站為多用戶服務(wù)時，其接收機的采樣率應(yīng)與用戶接收機采用率最高的相一致。2）數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準站的無線電發(fā)射臺與用戶站的接收機組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準站的距離、環(huán)境質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。3）軟件系統(tǒng)。支持實時動態(tài)測量的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對于保障實時動態(tài)測量的可行性、測量結(jié)果的可靠性和精確性，具有決定性意義。這種軟件系統(tǒng)突出的功能是能夠快速解算整周未知數(shù)，能選擇快速靜態(tài)、準動態(tài)、和實時動態(tài)等作業(yè)模式，實時完成對解算結(jié)果的質(zhì)量分析和評價。

2 RTK技術(shù)特點

1）傳統(tǒng)測量技術(shù)穩(wěn)定性差，外業(yè)容易受到地形、氣候、季節(jié)等諸多因素的影響，使測量精度、作業(yè)速度都受到很大限制，尤其在能見度低，通視條件差的情況下，有些測量作業(yè)甚至無法進行。而GPS-RTK技術(shù)不受季節(jié)、氣候和成像等的影響，可全天候進行野外測量工作；兩點之間不要求滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”。因此，和傳統(tǒng)的測量方法相比較，RTK技術(shù)受通視、能見度等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量不易進行的復雜地區(qū)，只要能滿足RTK測量的基本條件，它都能夠輕松地進行快速的測量和放樣。

2）測量定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，測站間無需通視，誤差相互獨立、不積累、不傳遞。在沒有已知基準點或基準點被破壞而造成的控制點不足的地區(qū)和由于地形復雜、地物障礙而造成的通視困難地區(qū)能快速的、高精度定位。只要能滿足RTK測量的基本要求，在規(guī)定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK測量的精度能達到厘米級。傳統(tǒng)的作業(yè)方法在進行測量和放樣時需要逐級進行設(shè)站，造成誤差傳遞、累積，采用RTK進行測量，由于精度比較均勻，因此其誤差相互獨立，不會積累也不存在傳遞。

3）綜合測繪能力強，集成化、自動化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強，易實現(xiàn)自動化?；鶞收灸軌驗椴煌脩籼峁┒囗椥畔⑤敵觯鲃诱纠脙?nèi)置軟件控制系統(tǒng)，在作業(yè)時，無需人工干預便可進行整周未知數(shù)的動態(tài)初始化解算，使輔助測量工作極大減少，作業(yè)精度也自動控制和記錄，從而使自動化作業(yè)指揮系統(tǒng)的建立成為可能。由于RTK系統(tǒng)內(nèi)集成了強大的測量和放樣功能，工作十分方便，觀測過程中衛(wèi)星數(shù)，PDOP（點位精度衰減因子）值，模糊值固定狀況，點位精度情況等均可在手簿上顯示出來，一目了然；測量坐標、高程等隨時可以調(diào)出來使用；數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強、能方便地與計算機連接和通訊。此外，手簿內(nèi)還集成了一些測量小工具，使用起來較為方便。

4）攜帶方便，操作簡單，對作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲能力強，與計算機、全站儀等測量儀器通信方便。

5）作業(yè)人員少，節(jié)約人力，定位速度快，縮短周期，工作效率高，綜合效益高。RTK流動站測量工作，大多數(shù)情況下只需要一人進行操作，而且?guī)酌腌娂纯赏瓿梢粋€點的測量工作，作業(yè)速度快，大大節(jié)省了工作時間和生產(chǎn)費用，提高工作效率。

3 RTK工作原理

RTK其組成將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上，基準站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺及時傳遞給共視衛(wèi)星的流動站精化其GPS觀測值，從而得到經(jīng)差分改正后流動站較準確的實時位置精密GPS定位均采用相對技術(shù)。無論是在幾點間進行同步觀測的后處理(RTK)，還是從基準站將改正值傳輸給流動站(DGPS)，這些都稱為相對技術(shù)，以采用值的類型為依據(jù)可分為4類：

（1）實時差分GPS，其精度為1m～3m；

（2）廣域?qū)崟r差分GPS，其精度為1m～2m；

（3）精密時差分GPS，其精度為1cm～5cm；

（4）實時精密時差分GPS，其精度為1cm～3cm。

差分的數(shù)據(jù)類型有偽距差分、坐標差分和相位差分三類。前兩類定位誤差的相關(guān)性，會隨基準站與流動站的空間距離的增加而迅速降低。故RTK采用第三類方法。

4 RTK技術(shù)在新城礦山測量中的運用

4.1 大面積地形圖的測量

可完善坑內(nèi)外對照圖，及時了解周邊區(qū)域地形因素，采用RTK技術(shù)（廣域?qū)崟r差分GPS）對周圍做了大面積地形測圖工作，其中包含各土地使用類型及區(qū)域分割、區(qū)域道路分布、區(qū)域電力通訊設(shè)施、區(qū)域建筑物、村界分割區(qū)劃等。

4.2 工程施工放樣

為改善深部通風環(huán)境，新建一條主回風井，其設(shè)計位置確定后由運營管理部與項目部合作完成其現(xiàn)場實地放樣工作。鑒于其周邊沒有布設(shè)控制點，決定采用RTK技術(shù)進行施工放樣。首先將設(shè)計區(qū)域邊界點的坐標信息輸入到RTK工作手簿中進行現(xiàn)場放樣，放樣結(jié)束后再經(jīng)過精確測量其實際面積為9.98畝未超出征地上限面積（10畝），且最大化的提高征地區(qū)域。經(jīng)現(xiàn)場測算、上圖比對研究發(fā)現(xiàn)其井筒中心位置可以適當西移以減少井下通風巷道施工量，最終按照現(xiàn)場位置與設(shè)計位置敲定了我礦主回風井地面位置，此項改動僅在-630中段便可減少通風巷道40余米，總體工程可節(jié)約建設(shè)成本100余萬元。

項目實施情況總結(jié)：

1）RTK減少了設(shè)站次數(shù)與所需控制點數(shù)量，作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測完4km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和設(shè)置儀器的“搬站”次數(shù)。

2）RTK僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了勞動效率。

3）RTK定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足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。

4）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復雜，地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的測量。

5 總結(jié)

RTK技術(shù)以其定位精度高且均勻、觀測時間短、可實時提供三維坐標、操作簡便、可以全天候作業(yè)等特點，在測量工作中大大提高了工作效率，減輕了勞動強度，越來越受到人們的青睞。運用GPSRTK技術(shù)測量得到的三維坐標數(shù)據(jù)形成了相應(yīng)的電子文件，這些數(shù)據(jù)便于保存并且能夠方便建立工程管理數(shù)據(jù)庫攻其他工便于保存和進行數(shù)據(jù)分析。