GPS—RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用研究

聶小明

摘 要：文章將以GPS-RTK技術(shù)工作原理及構(gòu)成為分析的基礎(chǔ)支撐，通過對該技術(shù)在日常礦山測量應(yīng)用中的優(yōu)越性、在礦山測量中的具體應(yīng)用等方面進(jìn)行分析，提出該技術(shù)應(yīng)用中所要注意的操作事項，希望以此研究論述給此項技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用提供有意義的借鑒。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；礦山測量；應(yīng)用

中圖分類號：TD17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0146-02

引言

在傳統(tǒng)礦山測量工作中，我們采用的是經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀測量高程、角度等參數(shù)，通過一系列相應(yīng)的數(shù)據(jù)構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)。采用這種基礎(chǔ)的方法不僅浪費時間，同時也不具備高精度的要求。在礦山測量這項工作中我們所使用的定位技術(shù)是一項極其重要的輔助手段，GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)在應(yīng)用中消除了常規(guī)測量過程中出現(xiàn)的一系列問題，例如：操作工藝繁瑣、測量錯誤率較高、效率較低、干擾因素多等諸多的缺點，它具有全天候、自動化、精度高、能夠及時記錄待測量系統(tǒng)并進(jìn)行保存，獨立、快速、準(zhǔn)確地測量的優(yōu)勢，使測量工作能夠高效順利展開。

1 GPS-RTK技術(shù)工作原理與構(gòu)成

RTK（Real-Time-Kinematic）技術(shù)是GPS實時動態(tài)定位監(jiān)測系統(tǒng)的簡稱，該技術(shù)把GPS單點測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)合，是一種以工作波載相位觀測值作為基礎(chǔ)的實時差分全球定位技術(shù)，它在目前的礦山測量工作中使用比較廣泛。該系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站和流動站以及數(shù)據(jù)鏈幾個方面，對于實時監(jiān)測而言，建立無線數(shù)據(jù)的無障礙通訊是其進(jìn)行順利測量的基礎(chǔ)。測量的首要基礎(chǔ)是它必須取點位較高的首級控制點，同時使用相應(yīng)的接收機(jī)實現(xiàn)對衛(wèi)星采取不間斷的跟蹤，接收設(shè)備作為接收信號的唯一信物接收衛(wèi)星發(fā)出來的信號，另一方面它需要得到無線電傳輸設(shè)備傳送過來觀測值，最后流動站上的信息設(shè)備通過GPS定位的的理論統(tǒng)計并展現(xiàn)流動站的測量精度（精密差分GPS，精度為1～5cm）。這樣我們就可以根據(jù)精度指標(biāo)確定觀測的時間，提高工作的效率。此項應(yīng)用工具的核心就是信息處理技術(shù)、信息傳輸技術(shù)的高精度，因此在該項技術(shù)實施時，基準(zhǔn)站接收設(shè)備必須及時準(zhǔn)確地把接收到的觀測數(shù)據(jù)和其他相關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞至流動站接收機(jī)上。

通俗地說，RTK測量系統(tǒng)的組成有以下三個部分：GPS接收信息的機(jī)器（基準(zhǔn)站、用戶站設(shè)計雙頻的全球定位系統(tǒng)接收信息的設(shè)備）、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)器（無線電發(fā)射信息的地方、用戶站點接收信息的設(shè)備）、軟件相關(guān)的系統(tǒng)（能夠快速解算整周未知數(shù)、切換靜態(tài)及動態(tài)等多種作業(yè)模式、快速及時地完成解算結(jié)果的質(zhì)量評估）。

2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)越性

相較于以往傳統(tǒng)的礦山測量工具而言，GPS-RTK具有比較顯著的優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中也以高效、精確的特點而備受各個領(lǐng)域的青睞，該技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使它的優(yōu)點顯而易見：

（1）首要的最顯著的優(yōu)點就是其具有高精準(zhǔn)度。相較于其他測量工具來說，不受氣候變化影響，例如溫度、濕度、能見度、季節(jié)等因素。在大多數(shù)環(huán)境下都能夠得到較為精準(zhǔn)的測量結(jié)果；同時能夠達(dá)到高精度的要求，例如它只需要在一定作業(yè)半徑范圍內(nèi)就能夠達(dá)到高精度測量結(jié)果的要求，不需要像傳統(tǒng)測量儀器那樣，因為轉(zhuǎn)站而存在誤差。

（2）第二個重要的優(yōu)勢就是其具有高效率的特點。它在普通的地勢條件下，只需要一個人就能完成10km左右半徑相關(guān)的操作，它所表現(xiàn)出來的特點是勞動強(qiáng)度低、作業(yè)效率高、消耗成本低。

（3）操作方便，測量范圍比較大、并且數(shù)據(jù)的集成性能較強(qiáng)。RTK技術(shù)能夠快速地通過取入、儲存、計算、變化和得到的一連串的過程實行信息相關(guān)的處理，同時通過信息的快速交換得到測量數(shù)據(jù)；與傳統(tǒng)的測量工具比較，該技術(shù)不需要過多地進(jìn)行人工操作，能夠減少誤差以此保證其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且該技術(shù)可以繪制多種類型的測繪數(shù)據(jù)，測繪功能相當(dāng)強(qiáng)大。

（4）操作時間不受限制。該技術(shù)觀測距離遠(yuǎn)，因其基站與移動站之間不需要通視，所以全天候24小時均可以進(jìn)行操作，不受光線及白天或黑夜的影響。

3 GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，礦山開采業(yè)作為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，地位也日益顯著。隨著礦產(chǎn)資源需求量的不斷提高，礦山開采及礦山建設(shè)活動逐年遞增，使得礦山區(qū)域內(nèi)的地表現(xiàn)狀也在不斷的發(fā)生著變化，眾多的變化使得礦山工作從業(yè)者對礦山測量工具的要求越來越高。為了能在礦山開采中得到較為精確的測量數(shù)據(jù)，為管理者提供精準(zhǔn)信息，進(jìn)行礦山測繪的工作人員必須不厭其煩地對礦區(qū)的測量數(shù)據(jù)及礦區(qū)的地形圖進(jìn)行不斷的補(bǔ)充測量、修正測量。RTK技術(shù)由于其眾多的優(yōu)勢成為礦區(qū)在進(jìn)行地理信息收集、礦區(qū)儲量探測、礦區(qū)土地開發(fā)、生態(tài)環(huán)境整治、礦區(qū)規(guī)劃建設(shè)過程中不可或缺的測量輔助工具，為從事測繪的工作人員提供了便捷。

3.1 放樣工作

在使用RTK技術(shù)實行相應(yīng)的放樣時，我們第一步應(yīng)該依據(jù)測量區(qū)本來存在的控制點定出與之相適應(yīng)的觀測方案，同時控制點的地方坐標(biāo)、相應(yīng)的大地坐標(biāo)的準(zhǔn)確度必須得以保證，在此基礎(chǔ)上完成控制點的放樣。我們都知道，GPS-RTK的放樣有點放樣和線放樣兩種形式，我們在使用該工具進(jìn)行放樣的時候應(yīng)該將之前點位的相應(yīng)坐標(biāo)提前錄入到電子手簿，然后在場地移動的過程時通過全球定位系統(tǒng)接收器給的相應(yīng)的提示確定實行放樣點的相應(yīng)位置。總的來說，區(qū)域放樣就是一個先控制，接下來進(jìn)行碎步的不斷嘗試的過程。

3.2 礦區(qū)工程測量

礦區(qū)工程測量工作的工作區(qū)域一般情況下是覆蓋率較高的森林、山地、丘陵等，其通視較差而且已知國家控制點相對較少，這就使得普通的傳統(tǒng)測量方法在礦區(qū)的工程測量的過程中其效率、誤差控制等多方面達(dá)不到礦區(qū)工程建設(shè)的要求。GPS-RTK技術(shù)在滿足傳統(tǒng)測量工具測量效果的基礎(chǔ)上補(bǔ)足了其效率和精確度方面的短板。GPS-RTK在礦山測量中可以通過動態(tài)測量的方式，測量礦區(qū)地表采剝面的位置形態(tài)，測繪礦區(qū)現(xiàn)有的地形、地貌、縱橫斷面圖和鉆孔的放樣等。

3.3 礦區(qū)地面形變測量

所謂礦山地面地形的形變狀態(tài)下的測量，就是通過各個時間節(jié)點測量的制定地面點的水平位置和高程與測量之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，從而得到地面點位的水平位移與沉降量。以此來為地面的形變提供進(jìn)行分析與預(yù)測的相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。它常規(guī)的測量方法是通過先布置需要進(jìn)行測量的礦山區(qū)域地面的根據(jù)點、觀測點，以此構(gòu)成監(jiān)測礦區(qū)地形變形的網(wǎng)，同時通過對實行監(jiān)測的監(jiān)測網(wǎng)的邊長、角度以及水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量核算出個測點位之間高度，最后核算監(jiān)測網(wǎng)點相應(yīng)的水平位置和高程。例如胡集熊家灣礦段因常年地下開采，需要進(jìn)行沉降位移觀測的地方有：207國道麗陽段、邱橋村居民地、主井軌道裝礦站等。

4 注意事項

任何事物都不是完美無缺的，GPS-RTK也不例外，雖然其在礦區(qū)礦山測量領(lǐng)域得到了較為廣泛的使用并且前景一片光明，但是礦山周邊及其自身因素的復(fù)雜性決定了阻礙GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行操作的要素（例如山谷、有大面積水域的森林、高壓線等）依然存在。總結(jié)實際應(yīng)用中存在的部分不足，以下幾點是在礦山測量中需要注意的應(yīng)用事項：

（1）在進(jìn)行礦山測量進(jìn)行測點布置之前，務(wù)必充分了解測區(qū)的具體情況，因為GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的前提是基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，因此我們在選測點時必須保證測站點上的空間視野足夠開闊，同時為了保證測量的精確度，測量時不固定站點、基礎(chǔ)站點兩者的間隔不得越出10km，并且實現(xiàn)和礦山測量區(qū)域均衡散布的幾個點位的聯(lián)合測量，以此減少誤差帶來的影響。

（2）使用GPS-RTK進(jìn)行礦山測量時我們需要規(guī)避外部出現(xiàn)的電磁波的擾亂，如果條件限制沒有辦法達(dá)到上述的要求，則應(yīng)該通過延長觀測時間來減少測量誤差。

（3）使用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行礦山測量的過程中，我們需要保證相應(yīng)的用電需求，如果流動站點的電量不能滿足長時間的測量（比如在山區(qū)或者人煙稀少的地區(qū)進(jìn)行測量），工作人員務(wù)必準(zhǔn)備能夠保障測量工作順利進(jìn)行的大容量電池或者電瓶電力設(shè)施，保證測量工作的順利進(jìn)行及測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段礦山測量的實際需求推動了GPS-RTK技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用。可以說此項技術(shù)不僅僅是科技發(fā)展進(jìn)步的必然結(jié)果，也是礦山測量工作的發(fā)展的必然需要，同時它的應(yīng)用給礦山測量工作帶來了極大的便利，它不受距離、環(huán)境等因素的限制以及高效、高精度的特點給測繪工作帶來了革命性的成果。但它也有其局限性，因此需要我們在今后礦山測量工作的實際應(yīng)用中不斷完善此項技術(shù)以便于該技術(shù)更好地服務(wù)于更加復(fù)雜的礦山測量工作。

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