淺析礦區(qū)測繪中RTK實時動態(tài)測量技術(shù)的應(yīng)用

朱魯生

摘 要：隨著我國科技的迅猛發(fā)展，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在礦區(qū)測繪中應(yīng)用地越加廣泛，RTK技術(shù)即是GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)測量技術(shù)上的一個新突破，RTK技術(shù)的出現(xiàn)使得礦區(qū)測繪作業(yè)的效率得到了極大的提高，在實際的工作實踐當中收到了良好效果，本文簡要分析了礦區(qū)測繪中RTK實時動態(tài)測量技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)測繪；RTK技術(shù)；效率；優(yōu)越性

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A

RTK技術(shù)在礦區(qū)測繪中的應(yīng)用，使礦區(qū)測繪工作發(fā)生了質(zhì)的飛躍，不僅改變了傳統(tǒng)的測量模式，實現(xiàn)了在不通視的情況下進行遠距離的測站跳躍式搬遷，還能實時獲得測點的平面位置及高程的厘米級精度數(shù)據(jù)，所以GPS-RTK技術(shù)可以說是GPS應(yīng)用的重大里程碑，為礦區(qū)測繪注入了新鮮活力，有效提高了外業(yè)作業(yè)的綜合效率。

1. RTK實時動態(tài)測量技術(shù)簡介

1.1 RTK實時動態(tài)測量技術(shù)的工作原理

RTK定位技術(shù)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系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級的定位精度。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將同步衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站通過數(shù)據(jù)鏈接受來自基準站的數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時差分處理，在同步觀測兩組以上衛(wèi)星的實時差分處理數(shù)據(jù)后，解算出移動站高精度測量數(shù)據(jù)，并記錄在手薄中。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與作業(yè)模式

RTK的主要組成部分包括：①可調(diào)電臺，②流動站，③基準站。并且在基準站和流動站的內(nèi)部裝配了移動通信模塊及內(nèi)置電臺。這三者分別具備不同的功能與特點，在不同的RTK作業(yè)模式下發(fā)揮不同的作用?，F(xiàn)在全國各省市都建有固定的大功率不間斷連續(xù)運行的基準站，也既是CORS運行系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)基準站，移動站通過移動通信網(wǎng)絡(luò)與CORS基站建立數(shù)據(jù)流，基站與終端電腦光纖連接，可以實時提供移動站測量坐標數(shù)據(jù)。在移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不良的地區(qū)及植被發(fā)育茂盛的山區(qū)，那么采用傳統(tǒng)的RTK自建基站的模式，基準站可用內(nèi)置電臺或大功率外置電臺與移動站之間建立無線信號數(shù)據(jù)連接。通常一個RTK系統(tǒng)的正常作業(yè)需要通過一個固定基準站與一個或幾個流動站配合作業(yè)，前者的任務(wù)是提供基準站定位數(shù)據(jù)流和傳遞數(shù)據(jù)，而后者的任務(wù)是通過固定控制點的測量求取測區(qū)坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)及移動站碎部測量，只有在完成對測區(qū)坐標系統(tǒng)的檢校后，才能開始測繪作業(yè)。

1.3 主要的技術(shù)指標

RTK的技術(shù)指標主要指雙頻GPS儀的衛(wèi)星通道數(shù)、衡量實時測量數(shù)據(jù)精度的PDOP值、靜態(tài)及動態(tài)（RTK狀態(tài)）的平面精度和垂直精度、初始化時間等，目前國產(chǎn)RTK的技術(shù)指標都能達到RTK平面精度：±1cm+1ppm，RTK垂直精度：±2cm+1ppm。實際作業(yè)時，儀器一般設(shè)置PDOP指數(shù)小于4.0、平面精度收斂小于±1cm、高程精度收斂在±2cm內(nèi)出固定解。所以只有在設(shè)備都達到了系統(tǒng)設(shè)置要求的指標前提下，才能夠使RTK正常的運行并保證測量作業(yè)的精度要求。

1.4 地形圖的測繪

運用RTK對地形圖進行測繪，沒有點間通視的要求，只需要一名作業(yè)人員帶著測量儀器，到指定的測量位置，再將特征編碼完成輸入，便能夠通過手薄來實現(xiàn)對碎部點進行坐標的測定，而且還可以獲取該點位的精度。在一個測量區(qū)域完成作業(yè)之后，可以回到室內(nèi)用專業(yè)軟件根據(jù)數(shù)據(jù)特征碼分析處理所獲取的坐標數(shù)據(jù)，并根據(jù)外業(yè)草圖完成所需要的地形圖的繪制。

2. RTK技術(shù)在實際測繪工作中的優(yōu)越性

2.1 RTK技術(shù)具有較高的效率

在進行實地地形測量工作時，常規(guī)外業(yè)測量作業(yè)，一個測量小組至少需要3人，而采用RTK測量作業(yè)，一般情況下只要在RTK的信號覆蓋范圍內(nèi)，僅需一名工作人員，沿著測區(qū)現(xiàn)場地形地貌一邊走一邊測，且定位速度較快，無須搬站，操作十分地簡單便捷，對于作業(yè)的條件與環(huán)境要求較低，其數(shù)據(jù)的保存、處理、傳輸?shù)饶芰ν怀?，還能與全站儀、計算機等儀器能夠簡便的通信，并協(xié)同作業(yè)，綜合效率大大提高。同時測量的精度也比傳統(tǒng)的測量技術(shù)要穩(wěn)定有保障、能夠很好地適應(yīng)礦區(qū)不同地形的測量作業(yè)，提升了測量作業(yè)的效率。

2.2 數(shù)據(jù)可靠，測量精度準確

RTK技術(shù)雖然會存在誤差，但與其他測量儀器相比，其優(yōu)勢就是不存在累積誤差的情況，不會像全站儀那樣，會隨著站點的變更，支站的數(shù)量的增加而積累誤差，根據(jù)RTK技術(shù)作業(yè)的要求來進行采集數(shù)據(jù)，一般情況下，其作業(yè)的半徑是4km以內(nèi)，在同個時段內(nèi)RTK作業(yè)采集的點位高程和平面精度能保持較好和一致的水平。尤其值得稱道的是，RTK到哪里，支站點、圖根控制點就可以到哪里，這讓傳統(tǒng)的全站儀測圖也變得非常的容易。

2.3 作業(yè)受限因素較少

使用傳統(tǒng)的測量技術(shù)進行外業(yè)工作時，容易受到氣候、水文、地形起伏、植被等諸多環(huán)境因素的影響，致使外業(yè)測量工作工期不能確定，作業(yè)的速度減緩。而地形越復(fù)雜，支導(dǎo)線布設(shè)越長，那么支站越多，積累誤差也越大，測量精度也必然下降。尤其是南方一年四季存在在大霧和霧霾嚴重的地區(qū)，肉眼的能見度較低，視通條件差，很多時候常規(guī)的測量外業(yè)工作基本上無法開展。而RTK是通過接受衛(wèi)星信號和無線電波完成數(shù)據(jù)的傳輸和解算獲取測量結(jié)果的。按照目前的天空衛(wèi)星運行的實際狀況，加上我們國家的北斗衛(wèi)星一般都有3組衛(wèi)星能夠參與同步觀測和解算，因此只要不是不見天空的密林遮擋，都能夠很容易獲取移動站固定解。這對于坐落于高山密林中的以建筑石料礦為主的露天礦山，RTK是測量技術(shù)的介入，確實在實際測量工作中帶來巨大的優(yōu)勢。

3. RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用實例

近年來，在對礦區(qū)的地形圖進行測繪的實際工作中，由于RTK測量技術(shù)的優(yōu)越性，能夠使礦區(qū)作業(yè)信息更為清晰便捷地展現(xiàn)在工作者面前，而與全站儀的協(xié)同作業(yè)，又能夠大大降低勞動強度，和提升作業(yè)效率，使其受到了礦區(qū)測量工作者的青睞，下文以某礦山的實際測繪作業(yè)為例，介紹一下該技術(shù)在礦區(qū)測繪的具體表現(xiàn)。

3.1 應(yīng)用實例

以浙江杭州地區(qū)某礦山的實際測量作業(yè)為例（如圖1所示），探討了該技術(shù)在礦區(qū)測繪的具體應(yīng)用。該礦山是持證開采礦山，測繪的目的是檢測每個月礦山儲量的變化情況，及有無越界開采及超邊坡開采現(xiàn)象。因此每個開采臺階的實際位置及頂部開采位置線必須準確測繪。該礦山宕面高差達200m，宕面跨度近700m，中間幾個開拓臺階有的地方寬達40余米。我們是用免目標全站儀測量的（免目標標稱可達1200m，實際最遠也就300m～400m左右），如果僅僅用全站儀測量，因為通視的問題，必須要在每個臺階上布支導(dǎo)線點，測站搬遷頻繁，每一測站也測不到幾個點?，F(xiàn)在我們用免目標全站儀和RTK協(xié)同作業(yè)。行走不安全，人員不容易到達的位置全站儀測量（圖上紅色點），全站儀視通不可達及遷站頻繁的臺階就用RTK碎部測點完成（圖上藍色點）。就這樣傳統(tǒng)需要兩天時間完成的工作，我們兩個外業(yè)人員僅用了半天時間就圓滿地完成了外業(yè)測量任務(wù)。

3.2 RTK在實際測量中的不足

3.2.1 誤差問題

在此次使用RTK技術(shù)進行的某礦區(qū)測繪作業(yè)中，也遇到了一些問題，最為顯著的就是存在誤差問題，總體分為3個方面的因素：①數(shù)據(jù)信息傳輸途徑產(chǎn)生誤差；②接收設(shè)備因素產(chǎn)生誤差；③衛(wèi)星、無線電臺的信號弱，導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差；例如礦區(qū)地處特殊地帶，受地形條件的影響導(dǎo)致接收衛(wèi)星的信號較弱或在測繪作業(yè)中，衛(wèi)星數(shù)量不夠，并且該地區(qū)的無線通信情況較差，難以接收基準站所發(fā)出的信息時，使用該技術(shù)一樣難以獲取精準的數(shù)據(jù)信息；此外，如果某地區(qū)的衛(wèi)星信號弱、獲取信息出現(xiàn)誤差，則RTK甚至無法進行誤差校準與自我檢查的功能。

3.2.2 數(shù)據(jù)的獲取問題

每個觀測數(shù)據(jù)都是通過獨立觀測獲取的，如此，測量儀器的工作狀態(tài)是否正常也難以考究，所測得的數(shù)據(jù)難以確保其可靠性。在觀測的每一個階段都應(yīng)該確保儀器所獲取的信息的準確性，以保障數(shù)據(jù)鏈正常通信。

3.2.3 衛(wèi)星覆蓋問題

在森林地帶、高山群立的礦區(qū)，RTK測量技術(shù)的使用會受到衛(wèi)星難以覆蓋的限制，此時應(yīng)使用無人機攝影技術(shù)以及傳統(tǒng)測量技術(shù)相結(jié)合的方法完成測繪工作。

3.3 針對RTK技術(shù)需要修正問題研究

第一要務(wù)是處理好控制點問題，特別是處理好RTK技術(shù)與全站儀的互補工作，上文提到，在部分特殊地區(qū)衛(wèi)星信號弱，RTK技術(shù)無法正常開展，此時就需要采取全站儀測量的方法來進行測繪工作，此方法能夠使RTK技術(shù)的穩(wěn)定性得到大大的提高，當然這不僅僅是唯一的途徑，對于RTK技術(shù)的掌握在目前來說，還需要得到進一步的發(fā)展。

3.4 控制RTK技術(shù)質(zhì)量的方法

3.4.1 選擇好基準點的位置

針對RTK定位原理中的兩種信號傳播的重要性，基準點位置的選擇尤為重要，一般規(guī)定基準站應(yīng)選擇在測區(qū)中央地勢開闊地帶，周圍沒有無線電干擾，以利于接收衛(wèi)星信號。

3.4.2 解決盲點因素

如果導(dǎo)致盲點的主要原因是數(shù)據(jù)鏈信號接收問題，首先可提高基準站和流動站天線的架設(shè)高度，流動站天線可采用長垂準桿架設(shè)以保證成果精度。如果盲點地區(qū)致盲的主要原因是接收衛(wèi)星狀況不良，則應(yīng)用全站儀補測。

結(jié)語

RTK技術(shù)是新型測量技術(shù)之一，具有諸多的優(yōu)點，在礦區(qū)測繪工作中的應(yīng)用日益受到重視。我們需要做的是進一步推廣和完善RTK這項技術(shù)，用以改進傳統(tǒng)的測繪作業(yè)方法，方能逐步適應(yīng)新的礦區(qū)環(huán)境，將這項技術(shù)更好地致力于礦區(qū)測繪領(lǐng)域，推動礦業(yè)的發(fā)展，并隨著科技的繼續(xù)進步，將來RTK技術(shù)必會在其他領(lǐng)域獲得推廣和運用。

參考文獻

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