淺談GPS—RTK技術在礦山測量中的應用

【摘 要】文章簡要介紹了GPS-RTK技術基本原理、構成及優點，闡述了GPS-RTK技術在礦山測量中的應用，并就RTK技術在實際應用中遇到的問題提出相關的見解。

【關鍵詞】GPS-RTK技術 礦山測量 應用

1.GPS-RTK技術概述

RTK（Real-Time-Kinematic）技術是GPS實時載波相位差分的簡稱。這是一種將GPS與數傳技術相結合，實時解算并進行數據處理，在1～2s內得到高精度位置信息的技術。

1.1基本原理

RTK測量技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術，它突破了常規RTK差分作業系統相對獨立、基準站臨時性以及頻繁架設等問題，實現了無需架設基準站的夢想。其系統主要由三部分組成：基準站、流動站（一個或多個）、數據鏈。一般情況下，基準站設在具有已知坐標的高等級控制點上，連續接收所有可視衛星信號，并將測站點坐標、載波相位觀測值、偽距觀測值、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態等參考信息通過數據鏈發送給流動站，而流動站在跟蹤GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據，通過差分處理解求與基準站之間的三維坐標增量△X、△Y、△Z，由此計算流動站的坐標。

1.2基本構成

RTK測量系統主要由GPS接收設備、數據傳輸系統和軟件系統構成。

1.2.1 GPS接收設備。在基準站和用戶站上，分別設置雙頻GPS接收機。由于雙頻觀測值不僅精度高，而且有利于快速準確地解算整周未知數。當基準站為多用戶服務時，其接收機的采樣率應與用戶接收機采用率最高的相一致。

1.2.2數據傳輸設備。數據傳輸設備也稱數據鏈，由基準站的無線電發射臺與用戶站的接收機組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準站的距離、環境質量、數據的傳輸速度。

1.2.3軟件系統。支持實時動態測量的軟件系統的質量和功能，對于保障實時動態測量的可行性、測量結果的可靠性和精確性，具有決定性意義。這種軟件系統突出的功能是能夠快速解算整周未知數，能選擇快速靜態、準動態、和實時動態等作業模式，實時完成對解算結果的質量分析和評價。

1.3 RTK技術的優點

1.3.1作業效率高。在一般的地形地勢下，只要在RTK信號覆蓋范圍內，僅需1人，就可以一次性的完成任務，不需搬站。這個特點充分體現了RTK作業效率高，并且同時也降低了測繪工作者的勞動強度，節省了外業費用，提高了工作效率。

1.3.2定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累，測站間無需通視。在沒有已知基準點或基準點被破壞而造成的控制點不足的地區和由于地形復雜、地物障礙而造成的通視困難地區都能快速的、高精度定位。

1.3.3降低了作業條件要求。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”。因此，和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小。

1.3.4綜合測繪能力強，作業集成度高，易實現自動化。可勝任各種測量內、外業工作。基準站能夠為不同用戶提供多項信息輸出，流動站利用內置軟件控制系統，在作業時無需人工干預便可進行整周未知數的動態初始化解算，使輔助測量工作盡可能減少，作業精度也自動控制和記錄，從而使自動化作業指揮系統的建立成。

1.3.5操作簡便，容易使用，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或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信，手簿軟件的使用簡單易學。

2.GPS-RTK技術在礦山測量中的應用

2.1在礦區地形圖和地籍圖測繪中的應用

礦區地理信息的采集和管理、礦區儲量管理和開采監督、礦區土地復墾開發和生態環境整治、礦區規劃建設等都離不開大量的圖紙測繪工作。礦山測量工作者需要不斷地對礦區地形圖進行補測和修測并測繪大量的專用地籍圖、規劃地形圖，而RTK的技術特點給我們的測圖工作帶來很大的便捷，大大提高了工作效率。具體應用如下：

2.1.1減少了人員投入。RTK測圖只需2-3人便可完成， 且作業效率和精度大大提高，出錯率減少。基準站安置好以后在儀器有效作業半徑內不需遷站。

2.1.2在控制點上安置好基準站以后，便可用流動站測量，無需再布設測圖圖根點進行圖根控制測量了。

2.1.3在建筑物密集區，用RTK測設圖根控制點配合全站儀進行測圖，會大大提高測圖精度和速度。

2.2 GPS-RTK技術結合全站儀在礦山工程測量中的應用

在過去傳統測量中采用RTK后，在一般的地形地勢下，在地勢較高的地方，設站一次即可測完半徑為15公里以內的測區，大大減少傳統測量所需的控制點數量和全站儀的搬站次數，僅需一個人在地形地貌碎部點進行觀測，可以得到該點的三維坐標值。 在測區范圍內把設計好的點位在實地標定出來（比如鉆孔放樣），采用RTK技術放樣時，外業放樣效率會大大提高，僅需把設計好的點位坐標輸入到電子手薄中，手薄顯示會自動提醒你走到要放樣的位置，既迅速又方便。

由于RTK測量時接收機對信號接收要求高，礦山測量中經常會遇到山勢陡峭、植被覆蓋茂密，接收機接收不到信號的地方，信號容易失鎖。一旦發生失鎖，接收機就要重新初始化，測量精度就會大大降低，有時會出現無法測量出碎步點坐標，無法滿足礦山測量需要。為了提高測量精度，就需要全站儀的配合使用，在接收機信號容易失鎖的地方采用在控制點上架設全站儀直接進行測量或放樣，從而提高采集的碎步點或是放樣點的精度。

3.GPS-RTK的缺點和不足

雖然RTK技術在礦山測量中有較廣闊的應用前景，但經過工程實踐證明，GPS-RTK技術存在以下方面不足：

3.1各觀測值都是獨立觀測的，儀器是否處于正常狀態，觀測的數據是否可靠？在開始觀測前、觀測一段時間、觀測結束前或儀器失鎖都要聯測已知點進行比對，以確定基準站和流動站參數是否設置正確，數據鏈通訊是否正常。

3.2在測量過程中，有時會出現在某個時間段或區域內解算時間較長，有時甚至無法獲取固定雙差解，這時可適當提高高度截止角。

3.3受高程異常值問題的影響。RTK作業模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，在有些地區還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得比較困難，影響RTK的高程測量精度。

3.4不能達到1000%的可靠度，在穩定性方面不及全站儀，這是由于RTK較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響的緣故。

在科學技術飛速發展的今天，GPS-RTK技術給測繪工作帶來了革命性的變化，它改變了傳統的測量模式，但是它的作業方式是依賴于有足夠的衛星數、穩健的數據鏈等外界條件，在礦山測量中顯得很突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善GPS -RTK技術，尋求先進的作業方式，使RTK技術不斷成熟，才能夠更好的服務于礦山測量。

參考文獻：

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