北斗RTK測量系統在礦山測量中的應用分析

王大維

安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽合肥 230000

RTK（Real-time kinematic，實時動態）載波相位差分技術，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標。現代測量工作對數據精度的要求比較高，高精度測量是RTK測量系統的主要優勢，北斗RTK測量系統是我國獨立研發的一種依靠衛星進行測量的工作系統，能更好地滿足礦山井上測量在內的各項工作要求。

1 礦山測量對測量系統的實際要求

1.1 較高的精度

礦山測量屬于一種典型的戶外測量，其中，井上測量面臨復雜地形地貌的影響，金屬礦還會帶來一些電磁干擾，影響測量工作所獲數據的精確性。在GPS-RTK測量系統投入使用后，針對礦山的井上測量工作得到了一定程度的優化，數據也較為精準，但該系統操作較為復雜、計算工作多、與我國實際情況存在一定差異，這些問題也是催生北斗RTK測量系統的關鍵。結合此前的研究資料，北斗RTK測量系統能夠更好地滿足礦山井上測量數據的精度要求。

1.2 較強的實時數據處理能力

數據處理能力是衡量測量系統功能的兩個主要指標之一（另一個是數據精度），在此前的傳統測量工作中，人員也可以保證數據精度，但測量工作耗時是RTK測量系統的10倍以上，且井上測量目標多、地形地貌復雜、測量時間長，工作的誤差也較大。考慮到礦山井上測量的復雜性，所應用的測量系統必須具備強大的數據處理能力，在獲取數據的瞬間完成傳輸和自動化計算，使數據得到高效率的處理，應對上述問題[1]。

1.3 較高的工作效率

工作效率包括系統使用的方便性、功能的可靠性、調整的便捷性等，礦山井上測量作為戶外測量的工作內容之一，面對的情況較為多變，基本不可能采用某一固定手段完成全部測量工作，要求在存在調整需要時保證工作的效率和可靠性能。此前的GPS RTK測量系統能夠相對有效的進行調整，但制約條件也比較多，北斗RTK測量系統是針對我國實際情況設計的測量系統，在調整、使用、功能性方面也能得到保證[2]。

2 北斗RTK測量系統的測量功能分析

2.1 分析對象

為了解北斗RTK測量系統的工作能力，建立了實驗項目進行對照，參照目標為GPS RTK測量系統。應用兩個系統分別對山東某地礦山進行井上測量，選取四個標準的測量點，對比指標為四個測量點定位信息準確性、高度以及測量總耗時，通過平均差檢驗的方式了解測量精度，通過對比的方式直接了解測量耗時差異。為確保數據的精度性，共進行5次實驗，進行綜合的數據分析。

2.2 結果對比

實驗選取晴朗天氣進行，且確保周圍不存在較大河流（寬度8.4m以上）、湖面以及強大磁場干擾，在此基礎上完成兩組測量，所獲數據如表1所示。

表1 實驗數據

從結果上看，北斗RTK測量系統和GPS-RTK測量系統的工作能力相似，兩個系統在定位信息均差上均不超過9′，且差異無統計學意義（p＞0.05），滿足各類礦山測量的基本要求。在高度均差上，北斗RTK測量系統五次測量均差為（1.1±0.2）cm，GPS-RTK測量系統五次測量均差為（1.2±0.2）cm，結果上十分接近，且差異無統計學意義（p＞0.05），滿足各類礦山測量的基本要求。在測量平均耗時上，北斗RTK測量系統五次測量耗時為（4.8±0.21）h，GPS-RTK測量系統則為（5.2±0.24），這一組數據對比，北斗RTK測量系統優勢較為突出，差異具有統計學意義（p＜0.05），這表明北斗RTK測量系統更能夠滿足我國的實際測量需要。

2.3 核心結論

北斗RTK測量系統在工作原理上與GPS-RTK測量系統十分接近，均是借助衛星通信進行作業，但北斗RTK測量系統的位置報告和通信工作容錯能力更強，尤其是進行井上測量作業時。原理上看，地面接收站與通信衛星構成了系統的核心工作單元，天線以及其他控制設備、數字設備、分析設備共同構成了完整的工作系統，北斗RTK測量系統基本結構圖如圖1所示。

圖1 北斗RTK測量系統基本結構圖

在測量工作中，衛星系統將所有獲取的數據通過無線通信的方式傳輸給RTK基站，由基站的天線負責接收信號，并在接受完成的瞬間直接將信號傳輸給計算機進行實時處理。衛星（一般為12顆或者更多）與天線陣的通信活動是持續進行的，隨著衛星位置的改變，天線陣元數目越多，接收效果越理想，持續增加的數據可以降低誤差，最終生成三維模型，便于人員了解測量點的基本情況，出具圖紙和測量報告。針對某一個點位的數據（橫向或者縱向）總是以約束條件存在的，而且必然呈現數列模式，如X點，天線接收關于該點的高程數據一般是：

[X1、X2、X3、X4、X5、X6……Xn]；

所獲數據越多，對X點高程的計算越精確，衛星在發射高程數據的同時，還會給出位置信息，該信息也以數列形式存在：

[Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6……Yn]。

一切數據計算工作都是在默認系統支持下自動進行的，效率可以得到保證，北斗RTK測量系統提供的實時位置信息便于地面人員調整測量位置，這是系統工作效率提升、容錯能力較強的關鍵[3]。

3 北斗RTK測量系統應用時需注意的問題

圖2 電離層大氣粒子對信號傳輸的影響

北斗RTK測量系統應用于井上測量時，需要注意避免反射和降低誤差。系統的通信工作主要為無線方式，因此當接收點（天線陣）附件存在鏡面或者近似鏡面條件時，信號接收端的效果會大為降低。在應用北斗RTK測量系統時，要求技術人員展開調查，了解周圍環境，如果存在弧面、寬闊河流甚至寬闊的光滑建筑頂部，都要盡量遠離。誤差方面，電離層大氣粒子會影響信號傳輸，造成誤差（圖2），要求在應用北斗RTK測量系統時設法控制。目前主要方式是進行信號的提純，應用降噪技術提取純凈信號進行分析，如果條件允許，也可以進行二次、三次測量，取均值作為標準。此外，應盡量選取晴朗天氣進行戶外礦山測量。

4 結語

通過分析北斗RTK測量系統在礦山測量中的應用，了解了相關理論內容。礦山測量、尤其是井上測量對精度有較高要求，同時需要系統具備較高的工作效率和數據處理能力。北斗RTK測量系統與傳統的GPS-RTK測量系統相比，精度上接近，但使用效率高，而且契合我國實際情況。在具體使用過程中需要避免鏡面反射，同時對誤差進行控制，使北斗RTK測量系統發揮優勢，保證測量成果。