試論GPS（RTK）技術在礦山測量中的應用

【摘 要】（GPS）RTK測量技術給現代礦山測量帶來了重大的技術手段變革，極大地方便了礦山測量工作者的日常工作，隨著其技術的不斷進步，必將給礦山測量帶來更大的便利，其在礦山測量中的應用領域將更為廣泛。

【關鍵詞】露天礦測量；GPS（RTK）技術

1.GPS一RTK系統原理及構成

1.1基本原理

實時動態測量（RTK）定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術。

1.2 RTK測量系統的構成

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的解算整周未知數。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數據傳墉設備

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，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實時動態RTK測量模式主要有3種

（1）快速靜態測量。采用這種測量模式，要求GPS在每一用戶站上靜止地進行觀測。它可以不必保持對GPS衛星的連續跟蹤，其定位精度達1～2cm。這種方法可應用于城市、礦山等區域性的控制測量，工程測量和地籍測量。

（2）準動態測量。這種測量模式，要求流動的接收機在觀測工作開始之前，首先在某一起始點上靜止地進行觀測，也就是進行初始化。初始化后，在其他觀測站上只需測量1～2s，即可獲得該點的三維坐標，目前，其定位精度可達厘米級。它要求在觀測過程中，要保持對觀測衛星的連續跟蹤。這種方法主要應用于地籍測量、碎部測量、線路測量和工程放樣等。

（3）動態測量。動態測量模式和準動態測量一樣，一般需要在起始點上進行初始化，之后，運動的接收機按預定的時間間隔進行自動觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時地確定采樣點的空間位置。其定位精度也可達到厘米級。這種測量模式，也要求對所測衛星進行連續跟蹤。適用于航空攝影測量、航道測量以及運動目標的精密導航。

2.GPS 技術在礦山測量中的作業流程

2.1準備工作

（1）檢查和確認：基準站接收機、流動站接收機開關機正常，所有的指示燈都正常工作，電臺能正常發射，其面板顯示正常，藍牙連接是否正常。

（2）充電：確保攜帶的所有的電池都充滿電，包括接收機電池、手簿電池和蓄電池，如果要作業一天的話，至少攜帶三塊以_L 的接收機電池。

（3）檢查攜帶的配件：出外業之前確保所有所需的儀器和電纜均已攜帶，包括接收機主機，電臺發射和接收天線，電源線，數傳線，手簿和手簿線等。

（4）己知點的選?。罕苊饧褐c的線性分布（主要影響高程）。

避免短邊控制長邊；作業范圍最好保證在已知點連成的圖形以內或者和圖形的邊線垂直距離不要超過兩公里；如果只要平面坐標選取兩到三個己知點進行點校正即可，如果既要平面坐標又要高程，選取三個或四個已知點進行點校正；檢查己知點的匹配性即控制點是否是同一等級，匹配性差會直接影響RTK測量的精度。

（5）手簿的設置（在內業或外業做均可），在“坐標系統管理”里面新建一個新的坐標系統或配置己有的坐標系統（尤其要確定中央子午線和已經知點相同），如果己知點的當地平面坐標和WGS84坐標都有，點校正就可以進行，設置好后保存任務。

（6）出外業前，關掉手簿和接收機的電源，帶上已知點的坐標。

2.2架設基準站

基準站可設立在已知的控制點上，也可以任意選擇，基準站一定要架設在視野比較開闊，周圍環境比較空曠的地方，地勢比較高的地方；避免架在高壓輸變電設備附近、無線電通訊設備收發天線旁邊、樹蔭下以及水邊，這些都對GPS信號的接收以及無線電信號的發射產生不同程度的影響。

2.3啟動移動站

在基準站啟動成功，并且差分數據也從電臺正常的發射以后，在基準站旁邊就要把移動站架好，并讓其得到固定解，這樣是為了確保移動站能正常的工作。

2.4點校正

在絕大部分測量工作中，都使用國家坐標系統或地方坐標系統，而GPS測量結果是基于WGS84的坐標系統，這就存在WGS84坐標與所使用的當地坐標系的坐標轉換問題，由于RTK作業要求實時給出當地坐標，這使得坐標轉換工作非常重要，所以在進行一項新的任務之前，必須要做點校正，以求出兩種坐標系統的轉換參數，從而得到正確的測量結果。點校正時的注意事項：已知點最好要分布在整個作業區域的邊緣，能控制整個區域，如果用四個點做點校正的話，那么測量作業的區域最好在這四個點連成的四邊形內部；一定要避免已知點的線形分布，如果用三個已知點進行點校正，這三個點組成的三角形要盡量接近正三角形，如果是四個點，就要盡量接近正方形，一定要避免所有的已知點的分布接近一條直線，這樣會嚴重的影響測量的精度，特別是高程精度；點校正完成以后，使用移動站測量所得的所有坐標都是在當地平面坐標系下的，就可以直接進行測量和放樣了。

2.5重設當地坐標

由于基站是任意架設的，是隨意單點定位的坐標發射，如果移動站是固定解，那么所測坐標相對于基站是準確的，但相對于控制點就是錯誤的，會發生偏移（包括：平移，旋轉和縮放），在每次進行測量和放樣工作時，為了避免每天都重復進行點校正工作或者每次都把基站架在已知點上的麻煩，可以在每天開始測量工作前先做一下“重置當地坐標”的工作，就不用重新的做點校正，省時省力。

每次開始作業前應對已知控制點進行檢查，確保系統無誤后，即可進行測量，RTK測量既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠較大地提高工作效率。同時從測量結果來看，RTK測量點位精度可達厘米級，完全能夠滿足礦山測量的需要。

3.結論

雖然RTK測繪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，打破了分級布網、逐級控制的原則。一個測區可一次性整體布網、整體平差，控制網可以是任意混合，所需控制點數目比傳統測量大大減少，圖根控制的加密可與碎部測量同時進行，特別是在露天礦測量中其優勢更加突出， 但受衛星狀況限制、天空環境影響和數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小等問題，RTK技術也存在不足的地方：上午11點之前和下午3：30分之后，RTK測量結果準而快，而白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少 ，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，在礦坑中若有并段臺階和臺階坡頂外傾時，初始化時間長也會延長，不能正常進行測量，從而降低了工作效率。所以在作業時，作業人員要根據礦山測量要求，選擇作業時間，碎部點測量時合理布點，減少干攏來提高工作效率。