GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的技術(shù)應(yīng)用淺析

陳 坦

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，貴州 六盤水 553000）

GPS-RTK技術(shù)，是一種新型的衛(wèi)星定位測量方法，通過處理兩個(gè)測站載波相位觀測量的差分，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，從而求出差解算坐標(biāo)。目前而言，該技術(shù)主要用在地形測圖、控制測量、工程放樣中，在野外可實(shí)時(shí)得到厘米級定位精度，并顯著提高作業(yè)效率。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光學(xué)通視的弊端，在氣候、能見度等要素上的要求放寬。而且，電磁波具有較強(qiáng)的穿透性，不論是復(fù)雜地形、還是地物障礙，均能在短時(shí)間內(nèi)得到測量位置的坐標(biāo)。

1 GPS-RTK技術(shù)原理

簡單來看，GPS-RTK技術(shù)就是GPS技術(shù)、數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合，能對測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從而在短時(shí)間內(nèi)獲得高精度的位置信息。在結(jié)構(gòu)組成上，主要包括控制中心、基準(zhǔn)站、流動(dòng)站三個(gè)部分，并在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站上安裝接收機(jī)。工作期間，不同位置的接收機(jī)，均能在同一時(shí)間接收到同一GPS發(fā)射的信號，經(jīng)系統(tǒng)處理后獲得相應(yīng)信息，工作原理見下圖1。其一，基準(zhǔn)站可對已知位置信息、獲取到的信息進(jìn)行對比，得到差分改正值，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至流動(dòng)站。其二，流動(dòng)站接收GPS觀測數(shù)值，通過計(jì)算得到信息，能提高差分改正值的精確度，從而保證位置信息更加準(zhǔn)確。在整個(gè)定位測量過程中，僅需要幾秒時(shí)間，因此效率高，方便在相關(guān)工程中推廣。

圖1 GPS-RTK技術(shù)原理圖

2 GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的具體應(yīng)用

（1）區(qū)域放樣。區(qū)域放樣是先控制、后碎步的過程，應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行放樣，要明確整個(gè)測區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)，制定合適的測量方案，要滿足加密控制網(wǎng)的精度要求?？刂泣c(diǎn)的坐標(biāo)要準(zhǔn)確，對應(yīng)的大地坐標(biāo)也要準(zhǔn)確；放樣數(shù)量要足夠多，保證分布范圍合理，明確測點(diǎn)之間的相互關(guān)系。在實(shí)際操作上，主要分為兩種放樣形式：一是點(diǎn)放樣，二是線放樣。技術(shù)人員只需將設(shè)計(jì)點(diǎn)位坐標(biāo)輸入電子手簿，然后在場地內(nèi)走動(dòng)，按照GPS接收器的指令操作，即可放樣出設(shè)計(jì)點(diǎn)位。實(shí)踐證實(shí)，利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行區(qū)域放樣，不僅提高了作業(yè)效率，也能保證放樣精度。

（2）礦區(qū)測量。第一，地形現(xiàn)狀測量。針對礦山的采剝現(xiàn)狀進(jìn)行測量，傳統(tǒng)測量方式需要建立控制點(diǎn)、圖根點(diǎn)，并將其標(biāo)注在圖紙資料上，作為測點(diǎn)記錄。隨著測量技術(shù)的進(jìn)步，全站儀、電子手簿、地物編碼的配合，雖然創(chuàng)新了測點(diǎn)記錄方式，但也存在一些問題，即碎點(diǎn)拼圖不當(dāng)會返工。GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用，由于覆蓋面積廣，1個(gè)測量點(diǎn)能滿足半徑為10km的測量作業(yè)需求，省去了控制點(diǎn)轉(zhuǎn)移、設(shè)備重復(fù)搭設(shè)等環(huán)節(jié)，從而提高測量精度。第二，土方工程測量。在土方工程上，利用GPS-RTK技術(shù)可以完成驗(yàn)收測量作業(yè)。一般情況下，完成一個(gè)點(diǎn)的測量僅需2秒～4秒，精度在2cm～3cm之間；配合成圖軟件，可以形成一體化數(shù)據(jù)鏈，省去數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)抄等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了制圖的數(shù)字化。測量期間，使用的人員數(shù)量少，可完成數(shù)據(jù)采集、填繪更新、采集碎步點(diǎn)位等任務(wù)。而在非蔭蔽礦區(qū)，可以建立單基站CORS系統(tǒng)，利用VRS技術(shù)提供實(shí)時(shí)測量服務(wù)，既能實(shí)現(xiàn)無人值守，又能保證測量的動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性。第三，地面變形監(jiān)測。在氣候、水文、施工技術(shù)的影響下，礦區(qū)地面可能發(fā)生變形，出現(xiàn)沉降、位移等現(xiàn)象。地面變形監(jiān)測，就是動(dòng)態(tài)觀察礦區(qū)地面點(diǎn)的水平位置、高程，和相鄰數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得到位移量、沉降量。在具體操作上，大多是在礦區(qū)內(nèi)預(yù)先設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)、形變觀測點(diǎn)，形成整個(gè)觀測網(wǎng)絡(luò)，如此得到的測量精度，能滿足地面變形測量的要求。相比于傳統(tǒng)測量方式，GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用，從靜態(tài)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，測量結(jié)果更加精確，有利于礦區(qū)地面變形分析，制定有效應(yīng)對措施。

3 礦山測量中應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)的注意事項(xiàng)

（1）測點(diǎn)布置。在礦山測量中，GPS-RTK技術(shù)雖然具有諸多優(yōu)勢，但也會帶來測量誤差，通過規(guī)范測量行為，可以有效減小誤差。其一，測量過程中，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的距離，控制在10km以內(nèi)；控制點(diǎn)要均勻分布，實(shí)現(xiàn)聯(lián)測，減少多路徑、點(diǎn)位中誤差帶來的不利影響。其二，測量前，要了解礦區(qū)具體情況，為保證衛(wèi)星系統(tǒng)正常發(fā)揮作用，要保證測站之間視野開闊。在礦洞、橋涵等部位，由于遮擋衛(wèi)星，可能影響測量作業(yè)，或?qū)е聹y量精度降低。

（2）基準(zhǔn)站選擇。在基準(zhǔn)站的選擇上，應(yīng)該滿足以下條件：①設(shè)置在坐標(biāo)已知點(diǎn)上，或條件良好的未知點(diǎn)上；②要求基準(zhǔn)站地勢較高，能滿足通視條件；③在基準(zhǔn)站周圍200m，不能出現(xiàn)高壓電線、無線電發(fā)射臺，避免影響信號傳輸；④電臺天線架設(shè)在接收機(jī)的北側(cè)，避開南北極衛(wèi)星的空洞區(qū)。

（3）信號輸送。GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的聯(lián)系依靠脈沖電信號，測量期間應(yīng)該避免電磁干擾，或者延長觀測時(shí)間，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）轉(zhuǎn)換參數(shù)。GPS-RTK測點(diǎn)的坐標(biāo)，是在WGS-84坐標(biāo)系中的位置，而實(shí)際測量使用的是1954北京坐標(biāo)系。這兩個(gè)坐標(biāo)系采用的定位參數(shù)不同，因此坐標(biāo)差異大，具體到礦區(qū)上差異達(dá)到數(shù)百米，還伴有方向上的旋轉(zhuǎn)?；诖?，GPS-RTK測量前，要測定礦區(qū)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（5）觀測時(shí)間。GPS-RTK測量期間，利用接收機(jī)接收衛(wèi)星信號，繼續(xù)確定地物的坐標(biāo)。分析測量誤差，主要來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播、接收機(jī)等。其中，GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播帶來的誤差不可消除，接收機(jī)帶來的誤差可以人為干預(yù)。實(shí)際測量中，工作人員應(yīng)該選擇有利的觀測時(shí)間，將接收機(jī)的PDOD值控制在6.0以內(nèi)，以此減小GPS誤差，提高定位精度。

（6）電力保障。實(shí)施GPS-RTK測量時(shí)，流動(dòng)站必須有充足的電力供應(yīng)。如果電力配備不足，難以滿足長時(shí)間觀測需求，就會造成測量中斷?？紤]到礦山測量多位于山區(qū)，自然環(huán)境惡劣，工作人員必須配備大容量電池，以保證測量作業(yè)的連續(xù)性。

4 結(jié)語

GPS-RTK技術(shù)具有作業(yè)效率高、定位精度高、自動(dòng)化程度高、限制條件少的特點(diǎn)，是一種新型的測量技術(shù)。文中從區(qū)域放樣、地形現(xiàn)狀測量、土方工程測量、地面變形監(jiān)測等方面，闡述了GPS-RTK技術(shù)在礦區(qū)測量中的應(yīng)用，并總結(jié)了相關(guān)注意事項(xiàng)。希望為實(shí)際測量作業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，推動(dòng)礦山開采和管理工作有序進(jìn)行。