GPS—RTK在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用

董會鵬

摘要：近年來，我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，其中GPS測量技術(shù)改進(jìn)不斷深入，在地形測量、煤礦、土地調(diào)查、線路測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。GPS-RTX是一種新興的礦區(qū)實時動態(tài)測量技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)的測量產(chǎn)品，高精度GPS，實時差分解算，可獲取厘米級的進(jìn)度，不僅大大提升了測量的準(zhǔn)確性和精度，還降低了測量工作人員的工作強(qiáng)度，提高了測量工作的效率，為相關(guān)企業(yè)減少了大量的成本投入。筆者就GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點研究GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)在煤礦地表移動觀測站放樣工作中的優(yōu)勢，從而使該技術(shù)更高的滿足山區(qū)煤礦測量精度的需求。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 山區(qū)煤礦 測繪與測設(shè)

0 引言

GPS-RTK技術(shù)因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作簡單等特點，在各個領(lǐng)域測量工作中顯示出了巨大的潛力和廣闊的前景。山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，且礦區(qū)范圍內(nèi)各種沉陷造成地面測量控制點破壞等情況，使得傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以滿足該環(huán)境測量工作的需求，必須尋求一種高效、簡便、快速的測量手段和技術(shù)進(jìn)行測量，以便更好的滿足礦山的測量要求。GPS-RTK，這種全新的實時動態(tài)測量技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足與缺陷。利用載波相位動態(tài)實時差分方法，能在環(huán)境比較惡劣的條件下，實行全天候厘米級的定位活動，大大提升了測量的準(zhǔn)確性和精度，降低了測量工作人員的強(qiáng)度，能取得較好的應(yīng)用效果。

1 GPS-RTK技術(shù)的概述

1.1 GPS-RTK的組成

RTK測量系統(tǒng)主要包括GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

①GPS接收設(shè)備。為提升GPS-RTK測量的精度和準(zhǔn)確性，更加準(zhǔn)確快速地解算整周未知數(shù)，可以在用戶站和基準(zhǔn)站上安裝雙頻GPS接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站在為多個用戶站提供服務(wù)時，接收機(jī)的采樣率與用戶接收機(jī)的最高采樣率必須保持一致。

②數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，也稱為數(shù)據(jù)鏈，主要包括基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射電臺和用戶設(shè)備的接收機(jī)，兩者工作的頻率與功率與基準(zhǔn)站和用戶站的距離、環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳輸速度密切相關(guān)。

③軟件系統(tǒng)。該技術(shù)支持動態(tài)測量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對提高實時動態(tài)測量的可行性、準(zhǔn)確性具有顯著的效果。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢

①GPS-RTK技術(shù)具有較強(qiáng)的實時性，且放樣精度能達(dá)到厘米級別，這是一般測量設(shè)備無可比擬的。

②據(jù)相關(guān)資料對比分析，GPS-RTK技術(shù)測量效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK測量作業(yè)的效率。GPS-RTK技術(shù)測量過程，投入的設(shè)備和人力較少，一般測量技術(shù)需要的成本投入是該技術(shù)的2-4倍左右。

③GPS-RTK技術(shù)最大的優(yōu)勢是快速解算載波的整周未知數(shù)，提高了測量的快速性和精度，且在遇到障礙物失鎖也可以準(zhǔn)確的捕獲衛(wèi)星，并在最快的時間內(nèi)繼續(xù)測量。GPS-RTK在惡劣的環(huán)境下，也能實現(xiàn)實時測量并在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，這是一般測量手段所不能及的。

④在所有設(shè)備和基站完成設(shè)置后，整個系統(tǒng)僅用一人操作即可，也可同時設(shè)置幾個流動站，提高測量效率。由于基站和移動站之間不需要通視，觀測距離遠(yuǎn)，可全天24h進(jìn)行測量作業(yè)。經(jīng)大量實踐證明，GPS-RTK技術(shù)測量精度主要取決于RTK設(shè)備、GPS系統(tǒng)、使用方法與水平等，只有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，才能確保測量的質(zhì)量和精度。

1.3 GPS-RTK工作原理

GPS測量技術(shù)工作原理是：該技術(shù)至少要使用2臺GPS接收機(jī)，即流動站和基準(zhǔn)站，并且必須確保兩者同時工作。利用載波相位差分技術(shù)對這兩個測站的載波相位觀測量進(jìn)行實時差分處理。RTK定位技術(shù)主要是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，能實時提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并實現(xiàn)厘米級精度測量?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個固定未知或者已知點上，對可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過串行端口將數(shù)據(jù)傳送至無線電發(fā)射臺，發(fā)射臺進(jìn)行廣播，流動站接受來自基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)信息，電臺接收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)由串口轉(zhuǎn)往流動站接收機(jī)。同時，流動站GPS接收機(jī)開始采集本機(jī)原始數(shù)據(jù)，將來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，計算出兩個接收機(jī)之間厘米級的基線向量。最后流動站接收機(jī)通過基準(zhǔn)站位置和基線向量對流動站坐標(biāo)進(jìn)行計算。通過GPS-RTK技術(shù)測量作業(yè)，能在測量區(qū)域又快又準(zhǔn)確的定位測量、放樣以及地形測量等其他測量工作，大大提高了測量工作的效率。

2 GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用

2.1 山區(qū)煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的建立與使用

由于一般測量要求控制點之間相互通視，作業(yè)流程較為復(fù)雜，測量精度不均勻，作業(yè)中也無法確定測量的成果精度。通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測量作業(yè)，不僅能準(zhǔn)確實時的明確定位結(jié)果，還能了解到定位精度，大大提高了測量作業(yè)的效率。在某山區(qū)煤礦區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)時，由于該地地形地貌復(fù)雜，部門區(qū)域和方向有遮擋，測區(qū)內(nèi)原有的坐標(biāo)系有2個控制點，根據(jù)礦區(qū)實際測量需要，應(yīng)均勻的加密7個控制點，點位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)精度的要求。因此運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)對礦區(qū)控制點的建立與使用，不但能提高測量的精度，而且快捷方便、省時省力。

2.2 求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對山區(qū)煤礦進(jìn)行測繪與測設(shè)，往往需要將GPS接收機(jī)中原始大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，就必須先對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計算，主要是根據(jù)至少3個已知高精度控制點的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值，即X、Y、H。由于已知控制點都是均勻的分布在測區(qū)上，可以在某山區(qū)煤礦測區(qū)內(nèi)選擇4個已知GPS控制點，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4個已知GPS控制點的坐標(biāo)參數(shù)

■

利用RTK系統(tǒng)中隨機(jī)軟件求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中旋轉(zhuǎn)度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程參數(shù)：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。

2.3 GPS-RTK移動觀測站的測點放樣

在山區(qū)煤礦地表移動觀測站中，由于地形地貌較為復(fù)雜，運(yùn)用GPS-RTK對其觀測點進(jìn)行放樣，能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足。放樣過程中，只需要將測點設(shè)計坐標(biāo)輸入到GPS-RTK手簿中，在礦區(qū)已知點上架基準(zhǔn)站，根據(jù)手簿的提升與指導(dǎo)，迅速定位觀測點的實地位置。如果其實地位置在河水中或者懸崖邊上，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將其遷移到合適地方，重新記錄設(shè)計點與新點的位置，從而為觀測站的重新設(shè)計創(chuàng)造有利條件。

2.4 GPS-RTK在山區(qū)煤礦地表移動觀測站的觀測

處于山區(qū)的煤礦，由于衛(wèi)星信號失鎖，無法進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)測量，那可以引入“全站儀”對GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行幫助，其工作原理如圖1所示。當(dāng)觀測點a處于通視困難區(qū)域時，采用GPS-RTK技術(shù)測量無法滿足精度要求，而b、c兩點處于寬闊地帶，是GPS-RTK實施測量的點位，其測量精度能滿足要求。因此可以先運(yùn)用GPS-RTK將b、c作為控制點，在b點安裝全站儀，后視Ⅲ點定向，利用極坐標(biāo)法進(jìn)行a坐標(biāo)的測量。

3 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的今天，GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)在各個領(lǐng)域測量工作中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。通過對該技術(shù)的逐步完善，GPS-RTK能實時確定出空間三維坐標(biāo)，滿足煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的布設(shè)以及礦區(qū)變形監(jiān)測要求，徹底改變礦山傳統(tǒng)測量模式，提高山區(qū)煤礦測繪和測設(shè)工作效率，降低工作人員工作強(qiáng)度，促進(jìn)我國測量技術(shù)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹淮新.GPS-RTK技術(shù)在阿勒安道煤礦地形測量中的應(yīng)用[J].煤，2011，20（4）.

[2]毛開森.GPS RTK技術(shù)在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用[J].礦山測量，2009（4）.

[3]韓景民.GPS-RTK技術(shù)在煤礦地表測量中的精度比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（32）.endprint

摘要：近年來，我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，其中GPS測量技術(shù)改進(jìn)不斷深入，在地形測量、煤礦、土地調(diào)查、線路測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。GPS-RTX是一種新興的礦區(qū)實時動態(tài)測量技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)的測量產(chǎn)品，高精度GPS，實時差分解算，可獲取厘米級的進(jìn)度，不僅大大提升了測量的準(zhǔn)確性和精度，還降低了測量工作人員的工作強(qiáng)度，提高了測量工作的效率，為相關(guān)企業(yè)減少了大量的成本投入。筆者就GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點研究GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)在煤礦地表移動觀測站放樣工作中的優(yōu)勢，從而使該技術(shù)更高的滿足山區(qū)煤礦測量精度的需求。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 山區(qū)煤礦 測繪與測設(shè)

0 引言

GPS-RTK技術(shù)因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作簡單等特點，在各個領(lǐng)域測量工作中顯示出了巨大的潛力和廣闊的前景。山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，且礦區(qū)范圍內(nèi)各種沉陷造成地面測量控制點破壞等情況，使得傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以滿足該環(huán)境測量工作的需求，必須尋求一種高效、簡便、快速的測量手段和技術(shù)進(jìn)行測量，以便更好的滿足礦山的測量要求。GPS-RTK，這種全新的實時動態(tài)測量技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足與缺陷。利用載波相位動態(tài)實時差分方法，能在環(huán)境比較惡劣的條件下，實行全天候厘米級的定位活動，大大提升了測量的準(zhǔn)確性和精度，降低了測量工作人員的強(qiáng)度，能取得較好的應(yīng)用效果。

1 GPS-RTK技術(shù)的概述

1.1 GPS-RTK的組成

RTK測量系統(tǒng)主要包括GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

①GPS接收設(shè)備。為提升GPS-RTK測量的精度和準(zhǔn)確性，更加準(zhǔn)確快速地解算整周未知數(shù)，可以在用戶站和基準(zhǔn)站上安裝雙頻GPS接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站在為多個用戶站提供服務(wù)時，接收機(jī)的采樣率與用戶接收機(jī)的最高采樣率必須保持一致。

②數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，也稱為數(shù)據(jù)鏈，主要包括基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射電臺和用戶設(shè)備的接收機(jī)，兩者工作的頻率與功率與基準(zhǔn)站和用戶站的距離、環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳輸速度密切相關(guān)。

③軟件系統(tǒng)。該技術(shù)支持動態(tài)測量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對提高實時動態(tài)測量的可行性、準(zhǔn)確性具有顯著的效果。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢

①GPS-RTK技術(shù)具有較強(qiáng)的實時性，且放樣精度能達(dá)到厘米級別，這是一般測量設(shè)備無可比擬的。

②據(jù)相關(guān)資料對比分析，GPS-RTK技術(shù)測量效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK測量作業(yè)的效率。GPS-RTK技術(shù)測量過程，投入的設(shè)備和人力較少，一般測量技術(shù)需要的成本投入是該技術(shù)的2-4倍左右。

③GPS-RTK技術(shù)最大的優(yōu)勢是快速解算載波的整周未知數(shù)，提高了測量的快速性和精度，且在遇到障礙物失鎖也可以準(zhǔn)確的捕獲衛(wèi)星，并在最快的時間內(nèi)繼續(xù)測量。GPS-RTK在惡劣的環(huán)境下，也能實現(xiàn)實時測量并在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，這是一般測量手段所不能及的。

④在所有設(shè)備和基站完成設(shè)置后，整個系統(tǒng)僅用一人操作即可，也可同時設(shè)置幾個流動站，提高測量效率。由于基站和移動站之間不需要通視，觀測距離遠(yuǎn)，可全天24h進(jìn)行測量作業(yè)。經(jīng)大量實踐證明，GPS-RTK技術(shù)測量精度主要取決于RTK設(shè)備、GPS系統(tǒng)、使用方法與水平等，只有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，才能確保測量的質(zhì)量和精度。

1.3 GPS-RTK工作原理

GPS測量技術(shù)工作原理是：該技術(shù)至少要使用2臺GPS接收機(jī)，即流動站和基準(zhǔn)站，并且必須確保兩者同時工作。利用載波相位差分技術(shù)對這兩個測站的載波相位觀測量進(jìn)行實時差分處理。RTK定位技術(shù)主要是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，能實時提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并實現(xiàn)厘米級精度測量?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個固定未知或者已知點上，對可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過串行端口將數(shù)據(jù)傳送至無線電發(fā)射臺，發(fā)射臺進(jìn)行廣播，流動站接受來自基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)信息，電臺接收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)由串口轉(zhuǎn)往流動站接收機(jī)。同時，流動站GPS接收機(jī)開始采集本機(jī)原始數(shù)據(jù)，將來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，計算出兩個接收機(jī)之間厘米級的基線向量。最后流動站接收機(jī)通過基準(zhǔn)站位置和基線向量對流動站坐標(biāo)進(jìn)行計算。通過GPS-RTK技術(shù)測量作業(yè)，能在測量區(qū)域又快又準(zhǔn)確的定位測量、放樣以及地形測量等其他測量工作，大大提高了測量工作的效率。

2 GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用

2.1 山區(qū)煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的建立與使用

由于一般測量要求控制點之間相互通視，作業(yè)流程較為復(fù)雜，測量精度不均勻，作業(yè)中也無法確定測量的成果精度。通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測量作業(yè)，不僅能準(zhǔn)確實時的明確定位結(jié)果，還能了解到定位精度，大大提高了測量作業(yè)的效率。在某山區(qū)煤礦區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)時，由于該地地形地貌復(fù)雜，部門區(qū)域和方向有遮擋，測區(qū)內(nèi)原有的坐標(biāo)系有2個控制點，根據(jù)礦區(qū)實際測量需要，應(yīng)均勻的加密7個控制點，點位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)精度的要求。因此運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)對礦區(qū)控制點的建立與使用，不但能提高測量的精度，而且快捷方便、省時省力。

2.2 求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對山區(qū)煤礦進(jìn)行測繪與測設(shè)，往往需要將GPS接收機(jī)中原始大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，就必須先對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計算，主要是根據(jù)至少3個已知高精度控制點的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值，即X、Y、H。由于已知控制點都是均勻的分布在測區(qū)上，可以在某山區(qū)煤礦測區(qū)內(nèi)選擇4個已知GPS控制點，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4個已知GPS控制點的坐標(biāo)參數(shù)

■

利用RTK系統(tǒng)中隨機(jī)軟件求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中旋轉(zhuǎn)度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程參數(shù)：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。

2.3 GPS-RTK移動觀測站的測點放樣

在山區(qū)煤礦地表移動觀測站中，由于地形地貌較為復(fù)雜，運(yùn)用GPS-RTK對其觀測點進(jìn)行放樣，能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足。放樣過程中，只需要將測點設(shè)計坐標(biāo)輸入到GPS-RTK手簿中，在礦區(qū)已知點上架基準(zhǔn)站，根據(jù)手簿的提升與指導(dǎo)，迅速定位觀測點的實地位置。如果其實地位置在河水中或者懸崖邊上，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將其遷移到合適地方，重新記錄設(shè)計點與新點的位置，從而為觀測站的重新設(shè)計創(chuàng)造有利條件。

2.4 GPS-RTK在山區(qū)煤礦地表移動觀測站的觀測

處于山區(qū)的煤礦，由于衛(wèi)星信號失鎖，無法進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)測量，那可以引入“全站儀”對GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行幫助，其工作原理如圖1所示。當(dāng)觀測點a處于通視困難區(qū)域時，采用GPS-RTK技術(shù)測量無法滿足精度要求，而b、c兩點處于寬闊地帶，是GPS-RTK實施測量的點位，其測量精度能滿足要求。因此可以先運(yùn)用GPS-RTK將b、c作為控制點，在b點安裝全站儀，后視Ⅲ點定向，利用極坐標(biāo)法進(jìn)行a坐標(biāo)的測量。

3 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的今天，GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)在各個領(lǐng)域測量工作中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。通過對該技術(shù)的逐步完善，GPS-RTK能實時確定出空間三維坐標(biāo)，滿足煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的布設(shè)以及礦區(qū)變形監(jiān)測要求，徹底改變礦山傳統(tǒng)測量模式，提高山區(qū)煤礦測繪和測設(shè)工作效率，降低工作人員工作強(qiáng)度，促進(jìn)我國測量技術(shù)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹淮新.GPS-RTK技術(shù)在阿勒安道煤礦地形測量中的應(yīng)用[J].煤，2011，20（4）.

[2]毛開森.GPS RTK技術(shù)在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用[J].礦山測量，2009（4）.

[3]韓景民.GPS-RTK技術(shù)在煤礦地表測量中的精度比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（32）.endprint

摘要：近年來，我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，其中GPS測量技術(shù)改進(jìn)不斷深入，在地形測量、煤礦、土地調(diào)查、線路測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。GPS-RTX是一種新興的礦區(qū)實時動態(tài)測量技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)的測量產(chǎn)品，高精度GPS，實時差分解算，可獲取厘米級的進(jìn)度，不僅大大提升了測量的準(zhǔn)確性和精度，還降低了測量工作人員的工作強(qiáng)度，提高了測量工作的效率，為相關(guān)企業(yè)減少了大量的成本投入。筆者就GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點研究GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)在煤礦地表移動觀測站放樣工作中的優(yōu)勢，從而使該技術(shù)更高的滿足山區(qū)煤礦測量精度的需求。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 山區(qū)煤礦 測繪與測設(shè)

0 引言

GPS-RTK技術(shù)因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作簡單等特點，在各個領(lǐng)域測量工作中顯示出了巨大的潛力和廣闊的前景。山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，且礦區(qū)范圍內(nèi)各種沉陷造成地面測量控制點破壞等情況，使得傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以滿足該環(huán)境測量工作的需求，必須尋求一種高效、簡便、快速的測量手段和技術(shù)進(jìn)行測量，以便更好的滿足礦山的測量要求。GPS-RTK，這種全新的實時動態(tài)測量技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足與缺陷。利用載波相位動態(tài)實時差分方法，能在環(huán)境比較惡劣的條件下，實行全天候厘米級的定位活動，大大提升了測量的準(zhǔn)確性和精度，降低了測量工作人員的強(qiáng)度，能取得較好的應(yīng)用效果。

1 GPS-RTK技術(shù)的概述

1.1 GPS-RTK的組成

RTK測量系統(tǒng)主要包括GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

①GPS接收設(shè)備。為提升GPS-RTK測量的精度和準(zhǔn)確性，更加準(zhǔn)確快速地解算整周未知數(shù)，可以在用戶站和基準(zhǔn)站上安裝雙頻GPS接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站在為多個用戶站提供服務(wù)時，接收機(jī)的采樣率與用戶接收機(jī)的最高采樣率必須保持一致。

②數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，也稱為數(shù)據(jù)鏈，主要包括基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射電臺和用戶設(shè)備的接收機(jī)，兩者工作的頻率與功率與基準(zhǔn)站和用戶站的距離、環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳輸速度密切相關(guān)。

③軟件系統(tǒng)。該技術(shù)支持動態(tài)測量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對提高實時動態(tài)測量的可行性、準(zhǔn)確性具有顯著的效果。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢

①GPS-RTK技術(shù)具有較強(qiáng)的實時性，且放樣精度能達(dá)到厘米級別，這是一般測量設(shè)備無可比擬的。

②據(jù)相關(guān)資料對比分析，GPS-RTK技術(shù)測量效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK測量作業(yè)的效率。GPS-RTK技術(shù)測量過程，投入的設(shè)備和人力較少，一般測量技術(shù)需要的成本投入是該技術(shù)的2-4倍左右。

③GPS-RTK技術(shù)最大的優(yōu)勢是快速解算載波的整周未知數(shù)，提高了測量的快速性和精度，且在遇到障礙物失鎖也可以準(zhǔn)確的捕獲衛(wèi)星，并在最快的時間內(nèi)繼續(xù)測量。GPS-RTK在惡劣的環(huán)境下，也能實現(xiàn)實時測量并在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，這是一般測量手段所不能及的。

④在所有設(shè)備和基站完成設(shè)置后，整個系統(tǒng)僅用一人操作即可，也可同時設(shè)置幾個流動站，提高測量效率。由于基站和移動站之間不需要通視，觀測距離遠(yuǎn)，可全天24h進(jìn)行測量作業(yè)。經(jīng)大量實踐證明，GPS-RTK技術(shù)測量精度主要取決于RTK設(shè)備、GPS系統(tǒng)、使用方法與水平等，只有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，才能確保測量的質(zhì)量和精度。

1.3 GPS-RTK工作原理

GPS測量技術(shù)工作原理是：該技術(shù)至少要使用2臺GPS接收機(jī)，即流動站和基準(zhǔn)站，并且必須確保兩者同時工作。利用載波相位差分技術(shù)對這兩個測站的載波相位觀測量進(jìn)行實時差分處理。RTK定位技術(shù)主要是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，能實時提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并實現(xiàn)厘米級精度測量?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個固定未知或者已知點上，對可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過串行端口將數(shù)據(jù)傳送至無線電發(fā)射臺，發(fā)射臺進(jìn)行廣播，流動站接受來自基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)信息，電臺接收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)由串口轉(zhuǎn)往流動站接收機(jī)。同時，流動站GPS接收機(jī)開始采集本機(jī)原始數(shù)據(jù)，將來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，計算出兩個接收機(jī)之間厘米級的基線向量。最后流動站接收機(jī)通過基準(zhǔn)站位置和基線向量對流動站坐標(biāo)進(jìn)行計算。通過GPS-RTK技術(shù)測量作業(yè)，能在測量區(qū)域又快又準(zhǔn)確的定位測量、放樣以及地形測量等其他測量工作，大大提高了測量工作的效率。

2 GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測繪與測設(shè)中的應(yīng)用

2.1 山區(qū)煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的建立與使用

由于一般測量要求控制點之間相互通視，作業(yè)流程較為復(fù)雜，測量精度不均勻，作業(yè)中也無法確定測量的成果精度。通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測量作業(yè)，不僅能準(zhǔn)確實時的明確定位結(jié)果，還能了解到定位精度，大大提高了測量作業(yè)的效率。在某山區(qū)煤礦區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)時，由于該地地形地貌復(fù)雜，部門區(qū)域和方向有遮擋，測區(qū)內(nèi)原有的坐標(biāo)系有2個控制點，根據(jù)礦區(qū)實際測量需要，應(yīng)均勻的加密7個控制點，點位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)精度的要求。因此運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)對礦區(qū)控制點的建立與使用，不但能提高測量的精度，而且快捷方便、省時省力。

2.2 求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對山區(qū)煤礦進(jìn)行測繪與測設(shè)，往往需要將GPS接收機(jī)中原始大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，就必須先對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計算，主要是根據(jù)至少3個已知高精度控制點的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值，即X、Y、H。由于已知控制點都是均勻的分布在測區(qū)上，可以在某山區(qū)煤礦測區(qū)內(nèi)選擇4個已知GPS控制點，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4個已知GPS控制點的坐標(biāo)參數(shù)

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利用RTK系統(tǒng)中隨機(jī)軟件求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中旋轉(zhuǎn)度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程參數(shù)：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。

2.3 GPS-RTK移動觀測站的測點放樣

在山區(qū)煤礦地表移動觀測站中，由于地形地貌較為復(fù)雜，運(yùn)用GPS-RTK對其觀測點進(jìn)行放樣，能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足。放樣過程中，只需要將測點設(shè)計坐標(biāo)輸入到GPS-RTK手簿中，在礦區(qū)已知點上架基準(zhǔn)站，根據(jù)手簿的提升與指導(dǎo)，迅速定位觀測點的實地位置。如果其實地位置在河水中或者懸崖邊上，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將其遷移到合適地方，重新記錄設(shè)計點與新點的位置，從而為觀測站的重新設(shè)計創(chuàng)造有利條件。

2.4 GPS-RTK在山區(qū)煤礦地表移動觀測站的觀測

處于山區(qū)的煤礦，由于衛(wèi)星信號失鎖，無法進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)測量，那可以引入“全站儀”對GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行幫助，其工作原理如圖1所示。當(dāng)觀測點a處于通視困難區(qū)域時，采用GPS-RTK技術(shù)測量無法滿足精度要求，而b、c兩點處于寬闊地帶，是GPS-RTK實施測量的點位，其測量精度能滿足要求。因此可以先運(yùn)用GPS-RTK將b、c作為控制點，在b點安裝全站儀，后視Ⅲ點定向，利用極坐標(biāo)法進(jìn)行a坐標(biāo)的測量。

3 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的今天，GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)在各個領(lǐng)域測量工作中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。通過對該技術(shù)的逐步完善，GPS-RTK能實時確定出空間三維坐標(biāo)，滿足煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的布設(shè)以及礦區(qū)變形監(jiān)測要求，徹底改變礦山傳統(tǒng)測量模式，提高山區(qū)煤礦測繪和測設(shè)工作效率，降低工作人員工作強(qiáng)度，促進(jìn)我國測量技術(shù)更好更快的發(fā)展。

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