GPS-RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

李新寧 權(quán)君娟

（寶雞西北有色七一七總隊(duì)有限公司 寶雞 721015）

1 RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

（1）RTK技術(shù)概述

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)量的差分方法，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)的定位技術(shù)。RTK技術(shù)的發(fā)展是對(duì)GPS技術(shù)的重要補(bǔ)充及延伸，在交通規(guī)劃、能源勘探、地質(zhì)測(cè)量、城市建設(shè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。主要優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)Ρ挥^測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠有效延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的詳實(shí)可靠。同時(shí)RTK 技術(shù)的數(shù)據(jù)處理速度更快，遲滯性相比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)更低，擁有更高的工作質(zhì)量和工作效率。

（2）GPS-RTK技術(shù)作業(yè)原理分析

GPS-RTK 系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三大要素構(gòu)成。其作業(yè)原理為:最少使用兩臺(tái)接收機(jī)，一臺(tái)為基準(zhǔn)站，一臺(tái)為流動(dòng)站，作業(yè)時(shí)各接收機(jī)同時(shí)作業(yè)，通過(guò)載波相位差分技術(shù)對(duì)兩個(gè)測(cè)站的載波相位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行差分分析，從而獲得測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并確保定位精度達(dá)到厘米級(jí)[2]。在具體運(yùn)行時(shí)，基準(zhǔn)站接收機(jī)假設(shè)在固定節(jié)點(diǎn)上，并借助所攜帶的系統(tǒng)獲得衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)，然后通過(guò)串行端口發(fā)射無(wú)線電，再由移動(dòng)基準(zhǔn)站接收后，匯同移動(dòng)基準(zhǔn)站所采集的本機(jī)原始數(shù)據(jù)，比對(duì)分析、統(tǒng)一處理后，求得兩個(gè)接收機(jī)間精確至厘米級(jí)的基線向量，從而在此基礎(chǔ)上根據(jù)固定基準(zhǔn)站已知的坐標(biāo)求得流動(dòng)站坐標(biāo)。通常在RTK模式下進(jìn)行作業(yè)，基準(zhǔn)站借助數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)觀測(cè)值與自身坐標(biāo)信息的傳輸，流動(dòng)站接收到相關(guān)信息后，結(jié)合自身所采集信息，在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)差分觀測(cè)計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，其耗時(shí)往往不超過(guò)1 秒，即使流動(dòng)站處于移動(dòng)狀態(tài)，也可以直接開(kāi)機(jī)作業(yè)，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境模糊度的搜索求解[3]。

2 RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

RTK 技術(shù)中已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，筆者在對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)擁有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）RTK技術(shù)集成化、自動(dòng)化程度較高

RTK技術(shù)相比于傳統(tǒng)測(cè)繪方法在野外環(huán)境具有更高的適用性，主要原因在RTK 技術(shù)集成化和自動(dòng)化程度較高，并且在測(cè)繪工作進(jìn)行過(guò)程中很少需要進(jìn)行人為干預(yù)，大大降低了在實(shí)際測(cè)繪中產(chǎn)生人為因素誤差的可能性[4]。

（2）RTK技術(shù)對(duì)作業(yè)條件要求寬容度高

由于礦山通常處于野外環(huán)境中，運(yùn)用傳統(tǒng)礦山測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)容易受到各種野外因素的干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，在一些地理狀況較為復(fù)雜，通視條件較差的地區(qū)甚至無(wú)法使用傳統(tǒng)的實(shí)視方法測(cè)量[5]。RTK 技術(shù)由于使用載波相位進(jìn)行觀測(cè)，在測(cè)量工作中可以基本忽視光學(xué)透視條件，只需要確保對(duì)天通視條件和電磁波通視條件就可以完成測(cè)量工作，能夠有效克服地理因素帶來(lái)的測(cè)量障礙，降低測(cè)量誤差，提高測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度。

（3）RTK技術(shù)得到數(shù)據(jù)精度高且效率好

在傳統(tǒng)礦山測(cè)量工作中，全站儀的使用較為廣泛，但全站儀由于體積較大，在多個(gè)測(cè)量點(diǎn)需要進(jìn)行重復(fù)搬動(dòng)，容易產(chǎn)生設(shè)備損壞或數(shù)據(jù)誤差。針對(duì)小型礦山區(qū)域，RTK技術(shù)可以一次性對(duì)半徑為10km的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，相比全站儀不用進(jìn)行搬動(dòng)，大大減少了人力資源的投入，減輕了測(cè)繪的工作量且只需要滿足簡(jiǎn)單的測(cè)量條件就可以達(dá)到較高精度測(cè)量要求，對(duì)于成本節(jié)約和測(cè)量效率的提高都有較大幫助[6]。

（4）RTK技術(shù)操作更為便捷，數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)

相較于傳統(tǒng)測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，RTK 技術(shù)的操作更為便捷，主要是對(duì)兩個(gè)測(cè)量站的載波相位觀測(cè)量進(jìn)行差分測(cè)量，并且RTK 設(shè)備可以即時(shí)對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，同時(shí)快速和其他設(shè)備進(jìn)行通信，最終實(shí)現(xiàn)較為理想的測(cè)量效果，對(duì)整個(gè)礦山測(cè)量提供扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 RTK技術(shù)的劣勢(shì)

（1）RTK技術(shù)容易受到衛(wèi)星系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

在一些地區(qū)GPS 衛(wèi)星的信號(hào)還未完全覆蓋，同時(shí)對(duì)于有磁性的礦物的礦山地區(qū)，GPS 衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受到一定干擾，容易產(chǎn)生測(cè)量誤差。在一些特殊地區(qū)，在每日白晝正午時(shí)段，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受到電離層的影響或被遮擋的時(shí)間較長(zhǎng)，縮減了RTK 技術(shù)在每日的作業(yè)時(shí)間。RTK 技術(shù)的使用需要基于一定的GPS衛(wèi)星的數(shù)量，如果衛(wèi)星數(shù)量小于4顆就無(wú)法開(kāi)展測(cè)量工作，因此測(cè)量地點(diǎn)可使用的GPS 衛(wèi)星數(shù)量和測(cè)量時(shí)段都非常重要[7]。

（2）RTK 設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈傳輸容易受到干擾和限制

RTK設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)容易受到障礙物的干擾，傳遞的信號(hào)受環(huán)境影響會(huì)產(chǎn)生衰減，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到測(cè)量精度。雖然RTK技術(shù)設(shè)備的標(biāo)稱作業(yè)半徑為10km左右，但在洼地、盆地、山谷的實(shí)際作業(yè)中，實(shí)際有效半徑比標(biāo)稱半徑要小一些，因此在運(yùn)用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)盡可能的要將RTK基準(zhǔn)站安裝在被測(cè)地區(qū)中央的最高點(diǎn)上。

（3）RTK技術(shù)存在高程異常問(wèn)題

在運(yùn)用RTK 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須要進(jìn)行GPS高程和正常高度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)于地理測(cè)量工作必須要保證其換算的準(zhǔn)確精度。但從實(shí)際作業(yè)情況來(lái)看，礦山地區(qū)的地形較為復(fù)雜多變，RTK技術(shù)對(duì)高程的測(cè)量存在較大的誤差，有時(shí)針對(duì)較為復(fù)雜的場(chǎng)地甚至無(wú)法測(cè)量，這在一定程度上對(duì)RTK 技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了一定制約，需要通過(guò)技術(shù)更新手段不斷提高RTK技術(shù)的適用面[8]。

（4）RTK技術(shù)對(duì)空通視度要求高

運(yùn)用RTK 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)對(duì)空通視度要求較高，這就導(dǎo)致在山區(qū)、林區(qū)或是在城市高樓密集區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，GPS衛(wèi)星的信號(hào)會(huì)被遮擋，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)被大大降低，很容易造成設(shè)備失鎖，并且現(xiàn)階段RTK設(shè)備的智能化還不夠高，一旦失鎖很難進(jìn)行初始化操作，從而影響正常的作業(yè)進(jìn)度。

4 RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用前景

（1）控制點(diǎn)的有效布設(shè)

在運(yùn)用GPS-RTK 技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量前，必須要對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行基本的數(shù)據(jù)資料收集工作。首先應(yīng)當(dāng)在測(cè)繪區(qū)域至少保證設(shè)置已有5個(gè)三角點(diǎn)、3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。在設(shè)置好水準(zhǔn)點(diǎn)的基準(zhǔn)上再根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的實(shí)際情況設(shè)置新的三角點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，在確定的空間位置進(jìn)行埋石。RTK設(shè)備在進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測(cè)試時(shí)要注意對(duì)基座穩(wěn)定性的檢查，確?；鶇R總光學(xué)對(duì)中器的誤差不超過(guò)2mm。在高程換算時(shí)一定要做好處理軟件的平差處理，保證高程誤差在±6mm 以內(nèi)，確保數(shù)據(jù)整理工作的有序進(jìn)行。

（2）根據(jù)控制點(diǎn)有效構(gòu)建礦山控制網(wǎng)絡(luò)

在完全進(jìn)行礦山測(cè)量工作前，必須根據(jù)已有控制點(diǎn)先獲得一份完整、詳實(shí)的礦山地質(zhì)資料，并對(duì)這些地質(zhì)資料進(jìn)行有效整合，將所有控制點(diǎn)構(gòu)建一套完整有效的礦山控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)礦山的地質(zhì)資料進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為礦山的后期開(kāi)采建設(shè)提供更加精準(zhǔn)有效的資料。在開(kāi)展實(shí)際測(cè)量作業(yè)時(shí)，要盡可能的保證測(cè)量控制點(diǎn)的分布均勻且充足，保證所得的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠滿足礦山控制網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)度需求。能夠確保測(cè)繪工作的便捷性，大大降低測(cè)繪工程的人力資源、物質(zhì)資源的成本投入。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦山地表變形問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于地下煤炭資源、石油資源和水資源的過(guò)度開(kāi)采會(huì)對(duì)地表、地形產(chǎn)生直接影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致地表沉降、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于礦山測(cè)量來(lái)說(shuō)很容易影響到礦山作業(yè)區(qū)的建筑物安全。GPSRTK技術(shù)能夠有效對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的礦山整體地形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害能夠提供有效的預(yù)防信號(hào)，為礦區(qū)建設(shè)及礦山地表變形預(yù)防提供指導(dǎo)，保證礦區(qū)的生產(chǎn)安全。

（4）測(cè)繪信息的管理

礦山測(cè)量工程會(huì)收集到龐大的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息對(duì)于測(cè)繪編圖、工業(yè)園區(qū)建設(shè)等精度較高的工程都會(huì)有利用價(jià)值。RTK 技術(shù)憑借其高集成化、自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)能夠?qū)嫶蟮臄?shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和綜合處理。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，工作人員要設(shè)置好信息智能化處理的精度和效率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為礦山數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。首先，工作人員要做好原始數(shù)據(jù)優(yōu)化分析、智能化刪減的程序編寫(xiě)，確保所得的測(cè)繪數(shù)據(jù)都是詳實(shí)可靠的。其次，針對(duì)RTK 技術(shù)信號(hào)傳輸衰減的問(wèn)題，工作人員需要有效的提高數(shù)據(jù)資源的自動(dòng)化控制及處理效率。

（5）盡可能減少人為因素干擾

現(xiàn)階段礦山測(cè)量技術(shù)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全的無(wú)人化智能操作，雖然RTK 設(shè)備的集成度和自動(dòng)化程度較高，但還是需要人工進(jìn)行操作，因此工作人員對(duì)于GPS-RTK技術(shù)設(shè)備的操作水平和技術(shù)理解還是會(huì)對(duì)測(cè)繪精度產(chǎn)生較大的影響。所以在實(shí)際測(cè)量作業(yè)環(huán)節(jié)中，必須選擇專業(yè)能力過(guò)硬，技術(shù)水平領(lǐng)先的操作人員進(jìn)行測(cè)繪工作，嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)范實(shí)施測(cè)繪工作，確保獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

（6）數(shù)據(jù)處理及繪制地形圖

礦山測(cè)量的最終結(jié)果是一份完善、詳實(shí)的礦山地形圖，在繪制地形圖時(shí)一定要確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化的時(shí)效性。首先，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，工作人員一定要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和篩選，對(duì)誤差較大、不符合實(shí)際的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；其次，針對(duì)高程轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的轉(zhuǎn)化；最后，在繪制地形圖的過(guò)程中要充分利用繪圖軟件的優(yōu)勢(shì)，利用三維地形圖進(jìn)行對(duì)比，選用適當(dāng)?shù)谋壤?，并且?duì)無(wú)用的地物信息進(jìn)行必要的刪減工作，以確保地形圖中展現(xiàn)的信息是詳實(shí)準(zhǔn)確且有足夠?qū)嵱脙r(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述GPS-RTK 目前在礦山測(cè)量中有較好的利用價(jià)值，此技術(shù)的應(yīng)用能夠大大降低礦山測(cè)量工作的成本投入和提高礦山測(cè)繪的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，相比傳統(tǒng)礦山測(cè)量還能夠適應(yīng)條件更加苛刻的工作環(huán)境，在未來(lái)的測(cè)量工作中勢(shì)必有更好地發(fā)展前景。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工作人員必須詳細(xì)掌握技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)才能充分發(fā)揮應(yīng)用此技術(shù)，為礦山測(cè)量工作提供高效便捷的測(cè)量先進(jìn)技術(shù)。