GPS－RTK技術在露天礦山測量中的應用

汪莉萍

(江西省德興市國土資源局，江西德興 334200)

GPS－RTK技術在露天礦山測量中的應用

汪莉萍

(江西省德興市國土資源局，江西德興 334200)

本文詳細介紹了GPS－RTK技術的基本工作原理及工作流程，并通過實例分析了GPS－RTK技術在露天礦山測量中應用的優越性，闡述了RTK技術的局限性。

GPS－RTK技術;測量原理;露天礦山測量;轉換參數;應用

近年來隨著GPS技術的出現以及GPS接收機空間定位精度的不斷提高，GPS－RTK技術也已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個測量領域，GPS－RTK技術在露天礦山測量中的應用具有非常廣闊的前景，本文將以德興銅礦露天礦山測量為例，闡述了GPS－RTK技術在露天礦山測量中的應用。

1 GPS－RTK技術的基本工作原理

1.1 GPS系統的組成

GPS全球定位系統［1］它包括三個組成部分即: GPS衛星的空間部分、地面監控系統的地面控制部分和GPS信號接收機的用戶部分。

1.2 GPS－RTK的基本思想

差分GPS定位技術［1］是一種高效的定位技術，它利用2臺以上的GPS接收機同時接收衛星信號，其中的一臺安置在已知點坐標上作為基準站，另一臺用來測定未知的坐標即:流動站，基準站根據該點的準確坐標求出其到衛星的距離改正數并將這一改正數發給流動站，流動站根據這一改正數來改正其定位結果，從而大大的提高了定位精度。RTK技術是載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。

1.3 GPS－RTK的測量原理

GPS實時動態測量［1］(Real－Time Kinematic)簡稱RTK，又稱載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。需要至少兩臺GPS接收機，在已知點上設置一臺GPS接收機作為基準站，并將一些必要的數據，如基準站坐標、高程、坐標轉換參數等輸入GPS手簿，一至多臺GPS接收機設置為流動站，共同跟蹤5顆以上衛星。基準站和流動站同時接收衛星信號，基準站將接收到的衛星信號通過基準站電臺發送到流動站，流動站將接收到的衛星信號與基準站發來的信號傳輸到控制手簿進行實時差分及平差處理，實時得到本站的坐標和高程及其實測精度，并隨時將實測精度和預設精度指標進行比較，一旦實測精度達到預設精度指標，手簿將提示測量人員是否接受該成果，接手后手簿將測得的坐標、高程及精度同時記錄于手簿中。

移動站可處于靜態，也可處于動態，可在一個固定點上進行初始化后進入動態工作，也可以在動態條件下進行初始化(須有動態初始化On－The－Fly簡稱OTF功能接收機)。移動站與基準站測量范圍距離一般在15km以內，實時三維定位精度可達厘米級。我們在德興銅礦露天礦山測量中使用的是南方靈銳S86(1+3)接收機，其技術指標為:雙頻主機、天線，RTK電臺一體化。

2 工作流程

2.1 收集礦區控制點資料

作業前首先收集礦區控制點資料，包括控制點坐標、高程、等級、中央子午線、坐標系、控制網類型、控制點的位置及周圍地形是否適合作動態GPS的參考站［2］。如無可用控制點，還需要布設及測求GPS控制網。為了實現GPS網與地面網的聯合平差與高程轉換，還要對礦區控制點進行合理的布設和篩選，使其數量不應低于3～4個，且要求分布均勻。

2.2 求解礦區坐標轉換參數

由于GPS RTK獲得的是WGS－84坐標系中的坐標，而工程要求的是地方坐標(該礦區需要的是北京54坐標)，這就要求必須將WGS－84坐標轉換為北京54坐標或地方坐標。由于該礦區內已知控制點的大地坐標和北京54坐標(或當地坐標)都已知道，在靜態測量中，通過與坐標控制點聯測，并使用后處理軟件來求取WGS－84坐標與北京54坐標或地方坐標的轉換關系，進而把GPS觀測的WGS－84坐標成果轉換為北京54坐標或地方坐標成果。在RTK測量中，我們可以直接采用后處理得到轉換參數［3］，從而得到實時的三維定位結果。

2.3 基準站與流動站的設置

在RTK測量［4］過程中，流動站的測量精度是隨著與基準站距離增大而降低的，同時與接收信號的強度有關。為使在礦區測量時能夠獲得較好的信號，基準站盡量安置在高處，且在測區的中心位置，保證流動站與基準站之間的距離不能太大，一般不超過15km。且周圍無衛星信號的大面積遮掩和影響RTK數據鏈通訊的無線電干擾，必要時可提高基準站天線的架設高度和采用外置電臺增加電臺功率。

2.4 野外數據的采集

在已知點上架好GPS主機和天線，打開GPS主機電源，GPS主機開始搜索衛星，當接收衛星達到5顆或5顆以上時，PDOP小于2時，啟動電臺，電臺指示燈顯示發出通訊信號后啟動流動站;當流動站接收衛星達到5顆或5顆以上時，并接收到主機發送的信號后打開工作手簿，建立項目工程名稱、文件名稱、設置投影參數，待參數設置完成，基準站設置好啟用七參數到固定解后校正，到另外一已知點進行檢核，當檢核滿足精度要求［5］后，便開始RTK野外數據采集，野外采集的數據以DAT數據文件形式存儲于手簿中(內業數據處理需要使用DAT格式)。

3 GPS RTK技術在露天礦山測量中的應用

由于GPS測量技術具有全天候、高精度、高效率等優點，隨著GPS接收機性能的不斷完善，使GPS－RTK技術在礦山測量中可以完成多項工作，有時常規測量方法和儀器很難滿足工程需要，根據工程性質和特點，為滿足礦山生產和建設的需要，通過實踐證明，GPS－RTK技術在露天礦山建設測量和生產測量過程中具有廣泛的發展空間，在實際應用中，充分證明了GPS－RTK技術在露天礦山測量中的優越性。

3.1 礦區大比例尺地形圖的測繪

為滿足礦山生產建設的需要，需要對礦區進行大比例尺地形圖的測繪。用傳統的方法測圖，需要先建立控制網，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖。其工作量大、速度慢、花費時間長，而且每組至少需要3～4個人。采用GPS－RTK測量技術，基準站設置好啟用七參數到固定解后校正就可以自動運行，一個流動站只需要一個人就可以操作，在沿線碎部點上只需停留幾秒鐘就可以獲得每點坐標、高程，結合輸入的點特征編碼及屬性信息，構成碎部點的數據庫，通過計算機專業測繪軟件CASS［6］數據處理、編輯即可繪成DWG數據文件的地形圖。由于只需采集碎部點的坐標和高程和輸入其屬性信息，而且采集速度快，大大降低了測圖難度，既省時又省力。

3.2 露天采場采剝量的驗收

德興銅礦是大型的露天礦山:分銅廠采區和富家塢采區，礦石日處理量就達13萬t，根據工程性質，每月都要對兩個采礦場的礦巖剝離量進行驗收。采用常規驗收方法，需要先在采場周圍設置導線控制點，并且要保持點間通視，有時還要引測到采場內部，然后進行碎部測量，測量驗收的現場工作量大。而且由于爆破及邊坡的影響，常常會導致控制點被破壞，每次工作前都要對控制點進行檢核，才能保證驗收精度。而采用GPS－RTK測量技術只需要在一個已知控制點上架設好基準站啟用七參數到固定解后校正，即可同時采用多臺流動站進行采礦場現狀碎部點采集工作。在采集碎部點過程中不需要點間通視，而且每個碎部點的采集都為獨立觀測，不存在誤差積累。采用GPS－RTK測量技術只需要2天就可完成采場采剝量的驗收工作，既保證了精度又提高了作業效率，同時又節省了大量的人力、物力。

3.3 露天采場邊坡境界線的施工放樣

設計人員在地形圖上定線后，需將境界線及里程樁在地面上標定出來。采用GPS－RTK測量技術，只需要將境界線各拐點的坐標輸入GPS手簿中，采用線放樣或點放樣功能系統即可同時完成境界線及里程樁的標定工作。由于每個點的測量都是獨立完成的，不會產生累積誤差，各點放樣精度趨于一致，同時在標定過程中進行實測，標定結束后落到設計圖上進行檢核，確保標定位置正確。

3.4 鉆孔的測量和放樣

采用GPS－RTK測量技術只需要在一個已知控制點上架設好基準站啟用七參數到固定解后校正，即可同時采用多臺流動站進行鉆孔坐標測量。地質技術員在圖紙上設計好鉆孔后，測量人員只需將各鉆孔坐標輸入GPS手簿中，采用GPS－RTK點放樣功能即可將鉆孔點位標定到實地位置。

4 GPS－RTK技術的優點及測量中注意事項

4.1 GPS－RTK測量技術的優點

(1)點位精度高。采用GPS－RTK技術采集的每一個點都為獨立觀測點，不存在誤差積累，而且數據安全可靠。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內，RTK的平面精度就能夠達到厘米級。

(2)作業效率高。在一般的地形地勢條件下，設站一次就可測完大約6km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器搬站的次數，提高了勞動效率。

(3)降低了作業條件要求。RTK技術不要求點間通視，因此和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因數的影響和限制較小。在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區的測量工作，只要滿足RTK的基本工作條件，就能夠快速的完成高精度的定位作業。

(4)操作簡便，數據處理能力強。只要在設站時進行簡單的設置，就可以邊走邊獲得測量結果坐標。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，便于存儲、管理和共享，達到一測多用的目的。

(5)測量組織更為靈活。因基準站與流動站之間依靠數據鏈聯系，只要電臺功率足夠，電波發射范圍就是實際作業范圍。各流動站獨立作業，可采用一個基準站配一個或多個流動站的作業組織形式。

4.2 GPS－RTK技術測量中注意事項

(1)RTK測點應選在開闊處，避免高壓線及大功率發射臺、樹林、民房等衛星信號被遮擋的地方。

(2)基準站應設置在測區中央較高位置，遠離高壓線和大功率發射臺等干擾信號源，且保證基準站衛星截止高度角在15度以上。

(3)在采集作業前，每次移動站要到已知控制點上進行檢測，一是為了確認基準站和流動站的輸入項和設置都正確無誤;二是為了檢驗已知控制點間的兼容性;三是為了方便圖根點控制的精度評定。

(4)嚴格規范操作，減少人為因素對測量精度的影響。觀測者必須垂直握住測桿，對于精度要求較高的測量工作，必須保證水準氣泡居中，必要時可采用三腳架基座對中整平。

5 結束語

GPS－RTK測量技術通過在德興銅礦大型露天礦山測量中的應用，充分體現了該技術的優越性，實現了數據信息處理的自動化、智能化，能進一步提高測量作業效率，大大降低勞動強度，使礦山測量工作變得更加容易。隨著GPS－RTK測量技術的不斷完善，該技術必將在大型露天礦山測量中得到普及和應用，我們將充分利用先進的測量儀器設備和計算機技術，為礦山測量服務好。確保測量數據的準確，為礦山的生產提供可靠的依據。

［1］劉大杰、施一民、過靜珺.全球定位系統(GPS)的原理與數據處理.同濟大學出版社.1999，2－7:97－143.

［2］孔祥元、梅是義.控制測量學(上冊).武漢科技大學出版社.1998:250－281.

［3］南方測繪儀器有限公司.GPS定位原理及應用.2005.

［4］南方測繪儀器有限公司.工程之星2.0用戶手冊.2007.

［5］全球定位系統GPS測量規范(CH2001－921992)［S］.

［6］南方測繪儀器有限公司.CASS2008參考手冊.2008.

The Application of GPS－RTK Technology at Open Pit

WANG Li－ping

(Dexing Land and Resources Bureau of Jiangxi province，Dexing，Jiangxi，China 334200)

The article introduces the basic working principle and process of GPS－RTK technology in detail，and illustrates the limitation of RTK technology by analyzing the superiority of the GPS－RTK technology applied in open pit measurement.

GPS－RTK technology;measuring principle;measuring at open pit;convert parameters;application

TD17

B

1009－3842(2011)04－0028－03

2011－05－03

汪莉萍(1973－)，女，漢族，江西德興人，主要從事國土測繪方面工作，E－mail:wanglp6618@126.com