GPS-RTK技術在礦山測量中的應用

劉金平

諸城市土地開發(fā)整理中心，山東諸城 262200

GPS-RTK技術在礦山測量中的應用

劉金平

諸城市土地開發(fā)整理中心，山東諸城 262200

隨著社會和科技的高速發(fā)展，一種新興礦區(qū)測量技術（GPS-RTK 技術）也得到發(fā)展應用，促進了礦山測量精度以及工作效率的提高。本文簡要分析GPS-RTK技術及其在礦山測量中的應用。

GPS-RTK；礦山測量；精度；效率

1 GPS-RTK技術概述

1.1 基本原理

采用載波相位觀測量為根據(jù)，實時動態(tài)差分法（RTK）是一種新的常用的GPS測量技術。在基準站上，GPS接收機對經(jīng)過其上方的可見衛(wèi)星進行實時的連續(xù)性觀測，利用無線電等設備傳遞發(fā)送到用戶觀測站；在用戶觀測站，對于基準站獲取的數(shù)據(jù)采取實時接收，之后利用相對定位的原理，顯示出能保證觀測站精度達到厘米級的三維坐標。該結果可以實時的反映出基準站和觀測值用戶坐標解算的收斂情況，并根據(jù)該收斂情況來判斷其質量，從而達到在減少觀測數(shù)量的同時能夠提高效率。

1.2 RTK測量系統(tǒng)的構成

RTK測量系統(tǒng)主要由三部分構成，分別是GPS接收設備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

1）GPS接收設備。由于雙頻觀測值的精度較高，并且能夠準確解算整周未知數(shù)的同時保證效率，因此雙頻GPS接收機分別設置在基準站和用戶站上。

2）數(shù)據(jù)傳輸設備。數(shù)據(jù)傳輸設備，也稱之為數(shù)據(jù)鏈，由兩部分組成：用戶觀測站的接收機以及基準站的無線電發(fā)射臺。結合基準站和用戶站之間的數(shù)據(jù)的傳輸速度、距離和環(huán)境質量，決定數(shù)據(jù)傳輸設備的頻率和功率。

3）軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)在支持實時動態(tài)測量時的功能以及質量決定了其可行性、可靠性以及精確性。利用這種軟件系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)快速靜態(tài)、準動態(tài)和實時動態(tài)等不同作業(yè)模式的快速選擇和切換，快速解算出整周未知數(shù)，能夠實時分析和評價解算結果的質量。

2 GPS-RTK技術在礦山測量中具體應用

2.1 內(nèi)業(yè)準備

結合具體的礦區(qū)情況和礦山測量所有的特點進行準備工作，主要有：1）由項目情況確認工程名稱。2）獲取工程范圍內(nèi)的控制點并進行分析和實地考察，判斷控制點形成的控制網(wǎng)是常規(guī)的還是GPS網(wǎng)，并確保這些點可作為基準點。3）確認參數(shù)設置：一般情況下，在基準站，數(shù)據(jù)采樣率為4-5s；在流動站，為1-2s。高度截止角在通常情況下設置為10度。4）坐標轉換參數(shù)已知時，將該參數(shù)輸入到電子手薄。5）在需要放樣的情況下，為了能夠在野外實地完成精確并且實時的工程放樣，每個點的坐標以及線路的方位角需要手動的輸入到電子手薄中。

2.2 求解工程相對測區(qū)的轉換參數(shù)

一般的礦山測量坐標系是北京坐標系或者獨立的坐標系，意味著需要進行WGS-84坐標系與該坐標系之間的轉換。確保能夠實時給出當?shù)刈鴺诉@是RTK最基本的作業(yè)要求，所以坐標轉換工作尤為重要。

1）在測區(qū)較大的情況下，需事先測定出由同一高等級控制點的兩種坐標求取的具體的轉換參數(shù)，在實際作業(yè)即GPS-RTK下，直接輸入獲取的參數(shù)和坐標。

2）在RTK工作時也可實時求取轉換參數(shù)：具體為先建立基準站，要求在視野開闊的地方，四周無高大建筑和樹木群，實時單點定位WGS-84坐標，然后聯(lián)測三個以上的高等級控制點作為流動站，從而聯(lián)合解算出坐標參數(shù)。

為獲取轉換參數(shù)需聯(lián)合三個以上且包含北京54坐標或地方坐標、WGS-84地心坐標的已知點，這些點最好均勻分布在測區(qū)四周及中心且利于控制測區(qū)。為了確保其有效性和可靠性，可利用最小二乘法求解。

2.3 基準點的安置和測定

基準站的安置在滿足下列條件下可保障精度的同時提高效率。

1）基準站一般設立在已知精確坐標的控制點上，但是如一些未知點的條件較好也可設立。

2）對于基準站安置環(huán)境，需設立在視野開闊、地勢較高、電臺覆蓋區(qū)域良好的地點，并優(yōu)先考慮將基準站安置在測區(qū)中央地區(qū)，方便數(shù)據(jù)信號的傳輸。由于電磁波會影響到數(shù)據(jù)的傳輸，需盡量避開有較多電磁波干擾的地方。

3）對于高壓線、無線電發(fā)射臺等干擾源會對數(shù)據(jù)的傳輸造成影響，會使數(shù)據(jù)丟失或發(fā)生多路徑效應，因此不要將基準站設立在這些干擾源和發(fā)射源附近。

4）由于GPS衛(wèi)星在南北極附近有空白區(qū)，所以基準站電臺的天線需架設在GPS接收機主機的北方。

2.4 GPS-RTK施測及放樣

為實現(xiàn)GPS-RTK施測及放樣，首先如2.2中所述利用點校正，在對測區(qū)進行首級控制之后，求解坐標系的轉換參數(shù)；然后按照2.3中所述，將基準站安置在滿足視野開闊、無干擾等條件的區(qū)域。在測區(qū)內(nèi)可見五顆以上衛(wèi)星，并且PDOP值小于6時，完成初始化后獲取固定值只需要5-15s。對于每一個移動站，只需安排一人進行測量，在進行測量作業(yè)時，首先需檢查控制點，確保無誤后，對地形、地物以及勘探巷道的采集和相關工程放樣工作則可利用電子手簿進行直接的作業(yè)，只需1-10s即可完成一次采集記錄。

GPS-RTK的數(shù)據(jù)處理工作相對簡單，外業(yè)測量中獲取的實時坐標可通過手簿與計算機建立傳輸后直接下載，并進行編輯、整理、分類等后期作業(yè)后可直接打印。在進行工程放樣之后，GPS-RTK可以方便的實時提供數(shù)據(jù)來進行導航，從而快速找到待放樣點，整個過程不再如傳統(tǒng)的測量手段需要借助對講設備來確認方向等數(shù)據(jù)，電子手簿能極大的提高工作效率的同時降低測量工作人員的工作強度。

2.5 野外作業(yè)過程

利用GPS-RTK整個野外作業(yè)實測的過程為：1）在基準站GPS 接收機的實時動態(tài)差分系統(tǒng)中輸入獲取的測區(qū)坐標的轉換參數(shù)；2）安置GPS接收機于選定的有良好條件的基準站上，打開后輸入該站點的坐標和天線高，接收機會利用轉換參數(shù)將該坐標轉換到WGS-84坐標系統(tǒng)下；3）基準站實時接收衛(wèi)星信號，并將觀測值、工作狀態(tài)等信息發(fā)送出去；4）流動站接收機在接收衛(wèi)星信號的同時獲取來自基準站的數(shù)據(jù)，從而聯(lián)合生成該流動點的WGS-84坐標系下，再利用轉換參數(shù)，計算得到其地方坐標系下的數(shù)據(jù)，實時顯示供測量人員利用。

3 RTK的不足及其解決辦法

3.1 受衛(wèi)星狀況限制

對于某些時間段而言，如當時衛(wèi)星位置對美國而言是最佳，但是卻不能覆蓋到世界上的所有國家，這就會導致假值的現(xiàn)象出現(xiàn)。另外，衛(wèi)星信號被長時間的遮擋、覆蓋，如一些高樓密集的城區(qū)、森林密集區(qū)，又或者是高山深谷中，都會使RTK的作業(yè)受限。因此，對于出現(xiàn)的假值情況而言，可以采取RTK測量成果的品質控制方法來解決；對于作業(yè)受限的情況，則需要選擇適當?shù)淖鳂I(yè)時間來減少誤差。

3.2 環(huán)境影響

環(huán)境的影響，除了在衛(wèi)星信號易被屏蔽區(qū)域，GPS也會受到電離層的干擾，尤其在中午的時候，而且存在共用衛(wèi)星數(shù)少的情況，一般只能接受到五顆及以下的衛(wèi)星數(shù)，這都會使初始化變得困難，增大測量的難度甚至無法測量。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸受限

各種高頻信號以及高大山體、高大建筑物等都易干擾RTK數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)信號在傳輸過程中的衰減會降低外業(yè)作業(yè)的精度。另外，當RTK作業(yè)半徑超過根據(jù)機型不同限制的距離時，也會導致測量結果誤差超限，所以一般情況下RTK的實際作業(yè)有效半徑比標稱半徑要小很多。工程實踐和研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，同時與靜態(tài)測量相比，RTK測量更容易出錯，所以采取品質控制很有必要。

4 結論

綜上，GPS-RTK技術的發(fā)展進步及在礦山測量中的應用，將有利于促進礦山測量進步與發(fā)展，改變觀念并轉變傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)方式，并逐漸形成以數(shù)據(jù)采集、輸入、分析、處理、保存、輸出為一體技術系統(tǒng)。今后的礦山測量工作應著重于開發(fā)和應用以GPS-RTK技術為代表的測繪新技術，爭取早日實現(xiàn)我國的礦山企業(yè)數(shù)字化。

[1]劉基余，等.GPS測量原理及其應用[M].北京：測繪出版社，2002.

[2]王子凡，鄧連利．GPS-RTK技術在工程測量應用中的優(yōu)劣簡析[J].西部探礦工程，2011（1）.

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1674-6708（2015）148-0058-02