GPS-RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

黃廣心

（云南錫業(yè)集團(tuán)（控股）有限責(zé)任公司，云南紅河 661000）

0 引言

現(xiàn)階段，GPS-RTK技術(shù)集中應(yīng)用在地形圖測(cè)量、地表控制測(cè)量、工程地質(zhì)信息獲取等。在野外開展測(cè)量工作時(shí)，采取的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量方式，測(cè)量精準(zhǔn)性達(dá)到厘米級(jí)，能夠顯著提高野外施工放樣效率。GPS-RTK技術(shù)減少了傳統(tǒng)光學(xué)通視技術(shù)存在的不足，對(duì)氣象因素、空間可見度等條件，并未提出較高要求。與此同時(shí)，電磁波具有穿透性，能夠完成各類地質(zhì)信息測(cè)量，具有測(cè)量高效率特點(diǎn)。

1 GPS-RTK技術(shù)內(nèi)涵

以簡(jiǎn)單視野觀之，GPS-RTK技術(shù)完成了GPS、數(shù)傳等技術(shù)的有效融合，能夠?qū)崟r(shí)處理測(cè)量獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，便于在短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)獲取定位信息。在結(jié)構(gòu)組成方面，組成元素包括控制系統(tǒng)、基準(zhǔn)站等，數(shù)據(jù)接收機(jī)應(yīng)科學(xué)安裝在基準(zhǔn)、流動(dòng)兩個(gè)站設(shè)備上。在GPS-RTK技術(shù)實(shí)際運(yùn)行期間，各區(qū)間位置所運(yùn)行的接收機(jī)，均能夠有效獲取GPS技術(shù)發(fā)出的信號(hào)，在系統(tǒng)處理完成時(shí)，實(shí)時(shí)接收相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。運(yùn)行流程具體表現(xiàn)為：

（1）基準(zhǔn)站根據(jù)實(shí)際獲取的位置信息，對(duì)比于接收信息，計(jì)算兩者信息差分?jǐn)?shù)據(jù)，將獲得的數(shù)據(jù)取絕對(duì)值，在GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下完成數(shù)據(jù)傳輸，將此差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至流動(dòng)站。

（2）流動(dòng)站能夠完成GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效接收，在計(jì)算程序中能夠有效獲取信息，以此提升高差分絕對(duì)值的準(zhǔn)確性，提升位置信息精準(zhǔn)性。在定位測(cè)量程序中，測(cè)量時(shí)間為幾秒，具有較高的測(cè)量效率，便于在工程測(cè)量中廣泛應(yīng)用[1]。

2 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）具備一般定位能力，實(shí)時(shí)定位較差，能夠保障在放樣測(cè)量程序中的參數(shù)精準(zhǔn)性，精準(zhǔn)級(jí)別為厘米。

（2）GPS-RTK技術(shù)具有較高的測(cè)量效率。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：GPS-RTK技術(shù)測(cè)量效率相比其他測(cè)量，在測(cè)量時(shí)間成本方面具有優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為GPS-RTK技術(shù)時(shí)間成本=1/2其他測(cè)量時(shí)間成本；GPS-RTK技術(shù)在人員、設(shè)備等方面，均投入資源較少，相比常規(guī)測(cè)量，有效節(jié)省測(cè)量成本，表現(xiàn)為GPS-RTK技術(shù)資金成本=1/2其他測(cè)量資金成本[1]。

（3）保障測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與可用性。

（4）GPS-RTK技術(shù)的測(cè)量關(guān)鍵在于有效解算載波相關(guān)數(shù)值，以此保障計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性，便于在障礙物失聯(lián)時(shí)有效捕獲衛(wèi)星，提升測(cè)量工作的連續(xù)性。

（5）基站與移動(dòng)站之間未建立通視的狀態(tài)下，能夠?qū)嵤┤?4h的遠(yuǎn)程測(cè)量。

（6）GPS-RTK技術(shù)搭建完成時(shí)，對(duì)人工需求僅為一人，以此展現(xiàn)GPS-RTK技術(shù)人力成本應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 GPS-RTK技術(shù)參數(shù)精準(zhǔn)性的影響條件

3.1 基準(zhǔn)站選擇

一般情況下，基準(zhǔn)站在安裝期間標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）基準(zhǔn)站應(yīng)盡可能地放置在地勢(shì)高位、通視效果優(yōu)異、電臺(tái)信號(hào)傳達(dá)半徑內(nèi)的區(qū)域，以測(cè)量主體中心高位為首選。

（2）基準(zhǔn)站應(yīng)保障坐標(biāo)設(shè)計(jì)的精確性，保障設(shè)立的有效性。

（3）盡可能減少多路徑產(chǎn)生的負(fù)面影響，科學(xué)防范數(shù)據(jù)鏈丟失問題。

（4）基準(zhǔn)站在布設(shè)電臺(tái)天線時(shí)，應(yīng)以GPS接收為基礎(chǔ)，選在此接收器北側(cè)方位，有效回避南北區(qū)域衛(wèi)星帶來的干擾問題。

3.2 參數(shù)轉(zhuǎn)換

GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用期間，實(shí)際測(cè)量點(diǎn)選自WGS-84坐標(biāo)。礦山實(shí)際測(cè)量所依據(jù)的坐標(biāo)，通常以1954北京坐標(biāo)為參考。然而，WGS-84與1954北京兩個(gè)坐標(biāo)，將會(huì)承受自身橢圓球體定位數(shù)據(jù)的影響，引起坐標(biāo)值表現(xiàn)出差異，部分礦區(qū)形成的誤差值甚至?xí)笥?00m?；诖耍谶\(yùn)行GPS-RTK技術(shù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)礦區(qū)基準(zhǔn)參數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)開展精準(zhǔn)測(cè)定，一旦發(fā)生測(cè)量誤差，將會(huì)影響整體作業(yè)程序的測(cè)量效果。

3.3 觀測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

GPS-RTK技術(shù)實(shí)際測(cè)量獲得的結(jié)果，應(yīng)借助衛(wèi)星收發(fā)信息完成三維坐標(biāo)建立，衛(wèi)星訊號(hào)在實(shí)際開展傳輸期間，將會(huì)無法避免誤差問題的發(fā)生，此類誤差具有不可控性質(zhì)。為此，在實(shí)際開展測(cè)量工作期間，應(yīng)借助衛(wèi)星星歷完成預(yù)報(bào)，以此選擇較為科學(xué)的觀測(cè)時(shí)區(qū)，最大限度提升GPS接收設(shè)備的信息精準(zhǔn)性，使其TOD參數(shù)值控制在6以內(nèi)。為此，以測(cè)量精準(zhǔn)度為基礎(chǔ)考量，加強(qiáng)測(cè)量誤差控制，增強(qiáng)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用效果。

4 GPS-RTK技術(shù)融合于礦山測(cè)量項(xiàng)目的具體表現(xiàn)

4.1 礦山地形測(cè)量

在礦山工程實(shí)際開發(fā)建設(shè)期間，礦區(qū)地質(zhì)條件將會(huì)在一定程度上影響開采作業(yè)品質(zhì)，為礦區(qū)人們生活帶來一定影響。部分礦山在實(shí)際測(cè)量期間，尚未精準(zhǔn)分析地形情況，將會(huì)嚴(yán)重危及礦區(qū)人們生命安全。為此，在測(cè)量礦山期間，測(cè)量人員應(yīng)充分借助GPS-RTK技術(shù)，完成礦山整體地質(zhì)情況的有效測(cè)量，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)開展有效分析，以此科學(xué)判定礦區(qū)地質(zhì)問題的潛在原因、形變規(guī)模等因素。例如，在GPS-RTK技術(shù)開展測(cè)量工作期間，應(yīng)科學(xué)完成基準(zhǔn)、觀測(cè)等位置選擇，加強(qiáng)礦山地形數(shù)據(jù)有效采集，有效掌握礦山動(dòng)態(tài)變化的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以便于完成礦山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建，結(jié)合基準(zhǔn)、觀測(cè)等位置數(shù)據(jù)的變化情況，完成礦山形變相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算[2]。

4.2 礦區(qū)工程測(cè)量

在GPS-RTK應(yīng)用中，是以衛(wèi)星定位為基礎(chǔ)，在定位輔助下，以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為對(duì)象，進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的信息傳輸，此種傳輸具有實(shí)時(shí)特點(diǎn)，通過信息傳輸，針對(duì)礦區(qū)實(shí)際，進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，繼而以礦區(qū)為模板構(gòu)建具有三維立體特點(diǎn)的圖形?；谠搱D形，可有效測(cè)量礦區(qū)，不僅了解礦區(qū)數(shù)據(jù)，而且對(duì)其產(chǎn)生直觀印象，加強(qiáng)全局了解，科學(xué)監(jiān)督、指導(dǎo)和控制開采過程，便捷性顯著，促進(jìn)開采提效。此種測(cè)量有更高精準(zhǔn)度，故而基于圖形規(guī)劃開采方案，科學(xué)性更高，促進(jìn)低耗高效。在建設(shè)之前，應(yīng)科學(xué)應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)，體現(xiàn)其優(yōu)越性，發(fā)揮其實(shí)效性，針對(duì)礦山建設(shè)項(xiàng)目開展全局規(guī)劃，完善規(guī)劃方案，通過工程完善，促進(jìn)礦山開采。還應(yīng)全面收集礦區(qū)建設(shè)過程中的有效數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，促進(jìn)嚴(yán)格測(cè)量，定位異常數(shù)據(jù)，分析異常原因，制定優(yōu)化方案。還應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)加強(qiáng)動(dòng)態(tài)傳輸，指導(dǎo)工程建設(shè)，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的支持和指導(dǎo)作用，促進(jìn)高效施工。除此之外，應(yīng)基于礦區(qū)建設(shè)的宏觀需求，制定長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行全局性、立體式圖形構(gòu)建，提高開采精度，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)開采。

4.3 礦區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量

礦山開采并非單項(xiàng)工作，而是系統(tǒng)工程，因此其體系化安排、前瞻性布局至關(guān)重要。在其建設(shè)中，單線式脈絡(luò)已然無法適應(yīng)礦山開采需要，而應(yīng)立足宏觀，立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，規(guī)劃控制網(wǎng)。結(jié)合GPSRTK，可覆蓋開采全周期，加強(qiáng)環(huán)節(jié)滲透，針對(duì)不同環(huán)節(jié)，開展精準(zhǔn)定位，通過技術(shù)應(yīng)用，迅速鎖定低效率開采現(xiàn)象，定位失效現(xiàn)象，對(duì)該環(huán)節(jié)給予科學(xué)判斷，促進(jìn)管理的客觀“診病”，基于實(shí)際問題，實(shí)施優(yōu)化調(diào)整。通過此種控制，可促進(jìn)礦區(qū)工作整體協(xié)調(diào)，促使開采工作協(xié)調(diào)推進(jìn)，平穩(wěn)進(jìn)展。在以GPS-RTK完善控制網(wǎng)后，借助衛(wèi)星定位，保證實(shí)時(shí)傳輸，提高測(cè)量精度，促進(jìn)精準(zhǔn)判斷，優(yōu)化全局管理。此外，控制網(wǎng)可加強(qiáng)開采監(jiān)測(cè)，隨時(shí)定位波動(dòng)因素，促進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)定位，基于風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行開采過程完善，清除安全隱患。

4.4 礦山工程測(cè)量

GPS-RTK技術(shù)可用于工程測(cè)量。傳統(tǒng)技術(shù)需要應(yīng)對(duì)龐大的工作量，同時(shí)測(cè)量精度有限，測(cè)量結(jié)果對(duì)于測(cè)量預(yù)期，對(duì)開采雖有正向影響，但局限性顯著。基于GPS-RTK應(yīng)用，測(cè)量流程優(yōu)化，有效釋放人力，發(fā)揮技術(shù)影響，可操作性更強(qiáng)，對(duì)測(cè)量執(zhí)行者的技術(shù)要求較低，測(cè)量耗時(shí)較短，效率較高。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要求測(cè)量者了解礦區(qū)環(huán)境，進(jìn)行環(huán)境分析，選擇科學(xué)的控制點(diǎn)，然后在該位置布置所需的GPS接收裝置，調(diào)試設(shè)備。此過程易操作，但經(jīng)此處理，所需基準(zhǔn)站即可構(gòu)建完成，結(jié)合使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可進(jìn)行全礦區(qū)、全項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)督，將監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行有效收集，整理為數(shù)據(jù)記錄，完善數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合數(shù)據(jù)情況和建設(shè)、開采要求，實(shí)時(shí)核實(shí)礦山狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，繼而基于數(shù)據(jù)系統(tǒng)化制定全局統(tǒng)籌方案，進(jìn)行工程布局，促進(jìn)工程推進(jìn)。

GPS-RTK應(yīng)用時(shí)，信號(hào)穩(wěn)定性是其應(yīng)用核心影響因素，影響礦山GPS-RTK應(yīng)用的環(huán)境因素包括礦坑等，可能導(dǎo)致基準(zhǔn)信號(hào)無法全維度覆蓋，出現(xiàn)信號(hào)盲區(qū)，增強(qiáng)測(cè)量難度。信號(hào)強(qiáng)弱也影響測(cè)量精度?；谝陨蠁栴}，可設(shè)置中繼站，利用中繼站，加強(qiáng)信號(hào)接收，將基準(zhǔn)信號(hào)按測(cè)量需求擴(kuò)大，有效應(yīng)對(duì)盲區(qū)。電離層活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，會(huì)干擾測(cè)量，相關(guān)文獻(xiàn)顯示，正午干擾較強(qiáng)，影響衛(wèi)星信號(hào)，或延長(zhǎng)初始化過程，或?qū)е鲁跏蓟兄埂Ｈ鄙傩盘?hào)支持，測(cè)量無法推進(jìn)。此種干擾具有顯著的時(shí)段特點(diǎn)，應(yīng)選擇11點(diǎn)前或15點(diǎn)30分后，此時(shí)干擾減弱，測(cè)量更加精準(zhǔn)。為減小誤差，還應(yīng)加強(qiáng)聯(lián)測(cè)，綜合分析信息，提高測(cè)量效率。應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)GPS-RTK機(jī)型，優(yōu)化設(shè)備性能，降低設(shè)備因素的消極影響，促進(jìn)平穩(wěn)測(cè)量，提升測(cè)量精度[3]。

5 結(jié)論

綜上所述，礦山測(cè)量作業(yè)擴(kuò)展了GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模。換言之，GPS-RTK技術(shù)作為科技進(jìn)步的技術(shù)產(chǎn)物，同時(shí)順應(yīng)著礦山測(cè)量的各項(xiàng)需求，其應(yīng)用為礦山工程提供了多重助力。GPS-RTK技術(shù)測(cè)量應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較多，比如可遠(yuǎn)程、環(huán)境耐受性強(qiáng)、測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)等，為礦山測(cè)量工作提供技術(shù)支撐。此外，應(yīng)加強(qiáng)GPS-RTK技術(shù)完善與研發(fā)，為礦山測(cè)量提供更多支持。