北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用分析

王大維

安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽合肥 230000

RTK（Real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）載波相位差分技術(shù)，是實(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)。現(xiàn)代測(cè)量工作對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求比較高，高精度測(cè)量是RTK測(cè)量系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)是我國獨(dú)立研發(fā)的一種依靠衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量的工作系統(tǒng)，能更好地滿足礦山井上測(cè)量在內(nèi)的各項(xiàng)工作要求。

1 礦山測(cè)量對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際要求

1.1 較高的精度

礦山測(cè)量屬于一種典型的戶外測(cè)量，其中，井上測(cè)量面臨復(fù)雜地形地貌的影響，金屬礦還會(huì)帶來一些電磁干擾，影響測(cè)量工作所獲數(shù)據(jù)的精確性。在GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)投入使用后，針對(duì)礦山的井上測(cè)量工作得到了一定程度的優(yōu)化，數(shù)據(jù)也較為精準(zhǔn)，但該系統(tǒng)操作較為復(fù)雜、計(jì)算工作多、與我國實(shí)際情況存在一定差異，這些問題也是催生北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵。結(jié)合此前的研究資料，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)能夠更好地滿足礦山井上測(cè)量數(shù)據(jù)的精度要求。

1.2 較強(qiáng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力

數(shù)據(jù)處理能力是衡量測(cè)量系統(tǒng)功能的兩個(gè)主要指標(biāo)之一（另一個(gè)是數(shù)據(jù)精度），在此前的傳統(tǒng)測(cè)量工作中，人員也可以保證數(shù)據(jù)精度，但測(cè)量工作耗時(shí)是RTK測(cè)量系統(tǒng)的10倍以上，且井上測(cè)量目標(biāo)多、地形地貌復(fù)雜、測(cè)量時(shí)間長，工作的誤差也較大。考慮到礦山井上測(cè)量的復(fù)雜性，所應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在獲取數(shù)據(jù)的瞬間完成傳輸和自動(dòng)化計(jì)算，使數(shù)據(jù)得到高效率的處理，應(yīng)對(duì)上述問題[1]。

1.3 較高的工作效率

工作效率包括系統(tǒng)使用的方便性、功能的可靠性、調(diào)整的便捷性等，礦山井上測(cè)量作為戶外測(cè)量的工作內(nèi)容之一，面對(duì)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(cè)量工作，要求在存在調(diào)整需要時(shí)保證工作的效率和可靠性能。此前的GPS RTK測(cè)量系統(tǒng)能夠相對(duì)有效的進(jìn)行調(diào)整，但制約條件也比較多，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)是針對(duì)我國實(shí)際情況設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)，在調(diào)整、使用、功能性方面也能得到保證[2]。

2 北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量功能分析

2.1 分析對(duì)象

為了解北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)的工作能力，建立了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)照，參照目標(biāo)為GPS RTK測(cè)量系統(tǒng)。應(yīng)用兩個(gè)系統(tǒng)分別對(duì)山東某地礦山進(jìn)行井上測(cè)量，選取四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量點(diǎn)，對(duì)比指標(biāo)為四個(gè)測(cè)量點(diǎn)定位信息準(zhǔn)確性、高度以及測(cè)量總耗時(shí)，通過平均差檢驗(yàn)的方式了解測(cè)量精度，通過對(duì)比的方式直接了解測(cè)量耗時(shí)差異。為確保數(shù)據(jù)的精度性，共進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行綜合的數(shù)據(jù)分析。

2.2 結(jié)果對(duì)比

實(shí)驗(yàn)選取晴朗天氣進(jìn)行，且確保周圍不存在較大河流（寬度8.4m以上）、湖面以及強(qiáng)大磁場干擾，在此基礎(chǔ)上完成兩組測(cè)量，所獲數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從結(jié)果上看，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)和GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)的工作能力相似，兩個(gè)系統(tǒng)在定位信息均差上均不超過9′，且差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＞0.05），滿足各類礦山測(cè)量的基本要求。在高度均差上，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)五次測(cè)量均差為（1.1±0.2）cm，GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)五次測(cè)量均差為（1.2±0.2）cm，結(jié)果上十分接近，且差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＞0.05），滿足各類礦山測(cè)量的基本要求。在測(cè)量平均耗時(shí)上，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)五次測(cè)量耗時(shí)為（4.8±0.21）h，GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)則為（5.2±0.24），這一組數(shù)據(jù)對(duì)比，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)較為突出，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＜0.05），這表明北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)更能夠滿足我國的實(shí)際測(cè)量需要。

2.3 核心結(jié)論

北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)在工作原理上與GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)十分接近，均是借助衛(wèi)星通信進(jìn)行作業(yè)，但北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)的位置報(bào)告和通信工作容錯(cuò)能力更強(qiáng)，尤其是進(jìn)行井上測(cè)量作業(yè)時(shí)。原理上看，地面接收站與通信衛(wèi)星構(gòu)成了系統(tǒng)的核心工作單元，天線以及其他控制設(shè)備、數(shù)字設(shè)備、分析設(shè)備共同構(gòu)成了完整的工作系統(tǒng)，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

在測(cè)量工作中，衛(wèi)星系統(tǒng)將所有獲取的數(shù)據(jù)通過無線通信的方式傳輸給RTK基站，由基站的天線負(fù)責(zé)接收信號(hào)，并在接受完成的瞬間直接將信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。衛(wèi)星（一般為12顆或者更多）與天線陣的通信活動(dòng)是持續(xù)進(jìn)行的，隨著衛(wèi)星位置的改變，天線陣元數(shù)目越多，接收效果越理想，持續(xù)增加的數(shù)據(jù)可以降低誤差，最終生成三維模型，便于人員了解測(cè)量點(diǎn)的基本情況，出具圖紙和測(cè)量報(bào)告。針對(duì)某一個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)（橫向或者縱向）總是以約束條件存在的，而且必然呈現(xiàn)數(shù)列模式，如X點(diǎn)，天線接收關(guān)于該點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)一般是：

[X1、X2、X3、X4、X5、X6……Xn]；

所獲數(shù)據(jù)越多，對(duì)X點(diǎn)高程的計(jì)算越精確，衛(wèi)星在發(fā)射高程數(shù)據(jù)的同時(shí)，還會(huì)給出位置信息，該信息也以數(shù)列形式存在：

[Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6……Yn]。

一切數(shù)據(jù)計(jì)算工作都是在默認(rèn)系統(tǒng)支持下自動(dòng)進(jìn)行的，效率可以得到保證，北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)位置信息便于地面人員調(diào)整測(cè)量位置，這是系統(tǒng)工作效率提升、容錯(cuò)能力較強(qiáng)的關(guān)鍵[3]。

3 北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)需注意的問題

圖2 電離層大氣粒子對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于井上測(cè)量時(shí)，需要注意避免反射和降低誤差。系統(tǒng)的通信工作主要為無線方式，因此當(dāng)接收點(diǎn)（天線陣）附件存在鏡面或者近似鏡面條件時(shí)，信號(hào)接收端的效果會(huì)大為降低。在應(yīng)用北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，要求技術(shù)人員展開調(diào)查，了解周圍環(huán)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(yuǎn)離。誤差方面，電離層大氣粒子會(huì)影響信號(hào)傳輸，造成誤差（圖2），要求在應(yīng)用北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)時(shí)設(shè)法控制。目前主要方式是進(jìn)行信號(hào)的提純，應(yīng)用降噪技術(shù)提取純凈信號(hào)進(jìn)行分析，如果條件允許，也可以進(jìn)行二次、三次測(cè)量，取均值作為標(biāo)準(zhǔn)。此外，應(yīng)盡量選取晴朗天氣進(jìn)行戶外礦山測(cè)量。

4 結(jié)語

通過分析北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用，了解了相關(guān)理論內(nèi)容。礦山測(cè)量、尤其是井上測(cè)量對(duì)精度有較高要求，同時(shí)需要系統(tǒng)具備較高的工作效率和數(shù)據(jù)處理能力。北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)與傳統(tǒng)的GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)相比，精度上接近，但使用效率高，而且契合我國實(shí)際情況。在具體使用過程中需要避免鏡面反射，同時(shí)對(duì)誤差進(jìn)行控制，使北斗RTK測(cè)量系統(tǒng)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，保證測(cè)量成果。