GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的運用研究

近些年，我國社會經(jīng)濟體系已成長至全新高度，而這一過程離不開各類礦產(chǎn)資源的有力支持，尤其是在我國龐大工業(yè)體系架構(gòu)中，礦產(chǎn)資源是決定一切生產(chǎn)能夠穩(wěn)定高效發(fā)展的根本，礦產(chǎn)資源開采已經(jīng)成為維持國民經(jīng)濟可持續(xù)健康前行的基礎(chǔ)保障。礦產(chǎn)資源開采前，礦山測量對后續(xù)開采環(huán)節(jié)的影響十分明顯，資源利用效率以及開采效率與其息息相關(guān)，如果不能在技術(shù)與手段層面進行有力支持，礦山開采的最終質(zhì)量將受到巨大影響。本文主要分析GPS-RTK技術(shù)的構(gòu)成以及礦山測量中的優(yōu)勢，結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需求，對礦山測量過程中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用流程進行一定的分析與探討。

1 GPS-RTK技術(shù)構(gòu)成

GPS-RTK技術(shù)以GPS全球定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并借助特定的數(shù)據(jù)傳輸體系與數(shù)據(jù)分析體系，完成對指定區(qū)域的觀測，因此從功能角度劃分，GPS-RTK技術(shù)形成的測量系統(tǒng)可分為GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件分析系統(tǒng)。

污水廠初步運行時，因為進水COD低于500mg·L-1，故運行時候超越水解池。運行時，將來自二沉池的50%～100%回流污泥和 50%～70%的進水，100%～200%的好氧池混合液回流均進入缺氧段，30%～50%的進水直接進入?yún)捬醵巍；亓魑勰嗪突旌弦菏紫仍谌毖醭貎?nèi)進行反硝化，去除其中的溶解氧和硝態(tài)氮，再進入?yún)捬醵巍＿@樣可以保證厭氧池的厭氧狀態(tài)，提高除磷效果。回流活性污泥中硝酸鹽氮的反硝化是靠分配部分進水中的碳源（BOD5）進行反硝化，其反硝化速率遠遠高于依靠內(nèi)源呼吸作用進行的反硝化，因此，需要的反硝化停留時間短、容積小[5-7]。

1.1 GPS接收設(shè)備

GPS接收設(shè)備是組成GPS-RTK技術(shù)體系的關(guān)鍵，而在實際應(yīng)用中，從業(yè)人員通常會采用雙頻觀測值的方式，即采用雙頻GPS接收機，這種方式在解算整周未知數(shù)層面優(yōu)勢明顯，此外，如果觀測基準站存在多個用戶，雙頻GPS接收機的采用頻率也會與用戶接收機的最高采樣率保持一致。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的作用在于將觀測基準站獲取到的數(shù)據(jù)傳送至用戶站，因此，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也被稱之為數(shù)據(jù)鏈，其內(nèi)部可分為基準站的無線電發(fā)射電臺與用戶設(shè)備的接收機兩大結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)所選用的數(shù)據(jù)發(fā)送頻率及功率，通常由用戶占與基準站之間的距離決定，此外，自然環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境要素也是影響發(fā)送頻率及功率的關(guān)鍵。

1.3 軟件系統(tǒng)

根據(jù)實際應(yīng)用數(shù)據(jù)對比，GPS-RTK技術(shù)體系下的測量作業(yè)效率明顯提升，與傳統(tǒng)導(dǎo)線測量模式相比，其效率提升2至4倍。此外，GPS-RTK技術(shù)所需消耗的人力資源與物力資源很少，與傳統(tǒng)導(dǎo)線模式相比，其人力與設(shè)備投入層面的僅為三分之一左右。

（3）為避免出現(xiàn)多路徑效應(yīng)或數(shù)據(jù)信息丟失的問題，基準站位置選擇時，工作人員需要對觀測區(qū)域的周邊狀況進行調(diào)查，200米范圍內(nèi)不能存在高壓輸電網(wǎng)絡(luò)、電勢差轉(zhuǎn)臺、無線電發(fā)射裝置等電磁干擾，且不能存在GPS信號反射源，避免影響定位坐標的準確性。

2 GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)越性

GPS-RTK技術(shù)依托于GPS全球定位系統(tǒng)而存在，因此，其在應(yīng)用范圍以及地理位置定位層面優(yōu)勢明顯，定位過程不受地理位置限制，特別適用于地理環(huán)境復(fù)雜區(qū)域，如我國云南地區(qū)，高山深谷環(huán)境下，傳統(tǒng)導(dǎo)線觀測手段不僅讓從業(yè)人員難以快速完成觀測任務(wù)，也很難保證實際定位的準確性以及觀測數(shù)據(jù)的水平。

適應(yīng)新形勢 把握新要求 扎實推進水利規(guī)劃計劃工作創(chuàng)新——訪水利部規(guī)劃計劃司常務(wù)副司長汪安南 ………… （24.27）

2.1 數(shù)據(jù)傳輸實時性

GPS-RTK技術(shù)體系使用實時數(shù)據(jù)傳輸體系，可將觀測到的數(shù)據(jù)實時分享至用戶端，用戶端借助軟件系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行加工與處理，最大限度提高觀測工作的質(zhì)量與效率，此外，這一過程中的放樣精度亦可達到厘米級別。

2014年1—12月共收集急診血液檢驗標本289例，患者平均年齡44歲，最小年齡1歲，最大年齡86歲；其中1～12歲58人，13～60歲134人，60歲以上97人。

2.2 RTK測量作業(yè)效率高

GPS-RTK技術(shù)體系下的軟件系統(tǒng)需具備動態(tài)數(shù)據(jù)分析能力，支持實施動態(tài)測量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量與功能，并可對動態(tài)測量過程提供保障。對于軟件系統(tǒng)而言，測量結(jié)果的可靠性與準確性是決定軟件系統(tǒng)最終運行水平的關(guān)鍵。

2.3 實時核對

通常情況下，GPS-RTK測量系統(tǒng)選擇的測點位于WGS-84坐標系統(tǒng)內(nèi)部，雖然這是GPS-RTK技術(shù)的規(guī)范之一，但是，在實際應(yīng)用中，工程團隊所選用的坐標系統(tǒng)為1954北京坐標系，而這兩者在實際定位參數(shù)層面存在很大差異，其最終定位結(jié)果也各不相同。如在我國云南地區(qū)，WGS-84坐標系與1954北京坐標系之間的差異會高達數(shù)百米，并在定位方向上也存在偏轉(zhuǎn)。針對這一現(xiàn)象，工程人員在使用GPS-RTK測量系統(tǒng)時，應(yīng)首先完成對整個礦區(qū)的基準轉(zhuǎn)換參數(shù)的測定工作。基準轉(zhuǎn)換參數(shù)對于GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用影響明顯，其主要作用于精度層面，如果工作人員實施的基準轉(zhuǎn)換參數(shù)存在較大誤差，那么后續(xù)觀測過程無論多么標準，都無法保證實際數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性與可靠性。

2.4 快速解算整周未知數(shù)

礦山測量工作中，整周未知數(shù)的解算效率將直接影響各項工作環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性與準確性，而GPS-RTK技術(shù)在這一層面的優(yōu)勢更為突出，可實現(xiàn)快速且高精度解算過程，如果觀測過程遇到障礙物影響到數(shù)據(jù)結(jié)果，亦可在GPS定位系統(tǒng)的幫助下，重新實施測量工作。

2.5 距離限制小

選擇基準站是實施GPS-RTK測量工作的首要環(huán)節(jié)，GPS-RTK技術(shù)體系能否得到科學(xué)運用，也與基準站的實際設(shè)置位置息息相關(guān)。因此，為確保GPS-RTK系統(tǒng)最終測量結(jié)果的準確性與實際觀測效率，技術(shù)工作者應(yīng)依照特定的規(guī)范與標準，合理實施基準站選擇工作。實際運用中基準站選擇環(huán)節(jié)應(yīng)遵循以下幾項基本原則：

2.6 工作效率大幅提升

觀測基站設(shè)置完成后，GPS-RTK技術(shù)系統(tǒng)可在單人操作下快速完成，而作業(yè)團隊亦可同時設(shè)置多個流動站，這不僅大幅改善作業(yè)工作效率，亦可確保最終觀測結(jié)果的準確性。實踐證明，GPS-RTK技術(shù)系統(tǒng)的精度與GPS系統(tǒng)、RTK設(shè)備、觀測環(huán)境以及用戶的操作水平直接相關(guān)，只要各個環(huán)節(jié)符合作業(yè)操作規(guī)范，那么最終測量質(zhì)量可得到有效保證。

3 GPS-RTK測量精度的影響要素分析

3.1 基準站的選擇

GPS-RTK技術(shù)系統(tǒng)的基站與移動站之間無需處于目視距離，只要不影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑑烧咧g的位置可隨意更換，這就為24小時觀測體系的建立提供有效支持。

從戲曲史的發(fā)展看，湯顯祖的《牡丹亭》無疑繼承了元雜劇的反抗精神。《牡丹亭》的女主人公杜麗娘，繼承了元雜劇里成功的女主角們所具有的明朗、奔放、堅強不屈的民間斗爭精神，反映了明代深閨少女的時代苦悶，引起了在封建禮教重軛下婦女的強烈共鳴。杜麗娘的斗爭精神，也即湯顯祖的斗爭精神。湯顯祖和元雜劇的作家共呼吸，也和元雜劇同血肉。

（1）基準站的地理坐標應(yīng)足夠精準，設(shè)立過程中，工作人員應(yīng)利用GPS定位設(shè)備，選擇定位準確度較高的未知點位或抑制點位上。

為了使拖拉機能經(jīng)常處于完好的工作狀態(tài)，機手必須嚴格認真執(zhí)行保養(yǎng)規(guī)程，精心維護，當天作業(yè)結(jié)束后應(yīng)逐一完成下列保養(yǎng)內(nèi)容。

（2）為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c精準性，基準站應(yīng)設(shè)置在地勢較高、周邊無障礙物遮擋、電磁干擾小的位置，為提高實際觀測工作效率，可將其設(shè)置在觀測區(qū)域的中央位置。

詩人的地域文化書寫，摻雜著太多太復(fù)雜的創(chuàng)作主體的個人因素，而陸游對梁益地區(qū)的書寫，更因其中年與晚年漫長的時間跨度、梁益與山陰巨大的空間距離、個人經(jīng)歷與情緒心態(tài)等各種主客觀因素的不斷變化，從而具有時限性、隨意性、變化性的書寫特點，這一切使得陸游的梁益書寫，成為典型意義上的地域文化極具文學(xué)性藝術(shù)性的個人書寫，不僅值得閱讀，而且值得探討。

（4）基準站電臺的天線假設(shè)工作應(yīng)盡量設(shè)置在GPS接收機主機的北方，并同時避開南北極附近衛(wèi)星孔洞區(qū)，保證GPS接收機可準確接收到衛(wèi)星信號。

3.2 轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS-RTK技術(shù)系統(tǒng)的觀測結(jié)果由基準觀測站實施傳送，因此，技術(shù)工作者可為作業(yè)現(xiàn)場及時完成對數(shù)據(jù)信息的校核，進而實現(xiàn)在最短時間內(nèi)找到數(shù)據(jù)內(nèi)容的缺陷，而這一優(yōu)勢更是傳統(tǒng)導(dǎo)線測量無可比擬的。

3.3 觀測時間的選擇與控制

GPS-RTK技術(shù)以GPS測量為核心，需利用GPS接收機接收定位衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù)信息完成三維坐標點的定位工作，因此，影響測量結(jié)果的精度集中在GPS衛(wèi)星工作效能、信號傳輸質(zhì)量以及地面接收設(shè)備層面。實際應(yīng)用經(jīng)驗表明，在以上三種誤差源中，GPS衛(wèi)星工作效能與衛(wèi)星信號傳輸質(zhì)量無法在用戶端消除，用戶只能使用GPS接收機被動接收，因此，為保證技術(shù)體系的合理運轉(zhuǎn)，工程團隊應(yīng)在觀測環(huán)節(jié)實施前，做好衛(wèi)星星歷的預(yù)報工作，進而找到最有利的觀測時間段，確保GPS信號接收裝置的PDOD值不超過6，進而提高GPS定位的精度，避免因GPS定位誤差對最終觀測結(jié)果質(zhì)量的影響。

3.4 相關(guān)儀器設(shè)備的使用影響

GPS-RTK技術(shù)對各類技術(shù)設(shè)備的工作水平以及操作人員的技能水平有著很高的要求，如果測量設(shè)備一起性能受到外界因素干擾，抑或是設(shè)備自身存在故障，那么其最終的觀測結(jié)果將很難保證工程需求。此外，設(shè)備使用人員的操作水平也將直接關(guān)系到最終觀測結(jié)果，在實際運用中，作業(yè)人員設(shè)備使用熟練度、工作經(jīng)驗、突發(fā)問題的處理能力以及軟件系統(tǒng)的使用熟練度等，都會對GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用水平產(chǎn)生影響。因此，為不斷提高礦山觀測工作的整體水平，相關(guān)部門應(yīng)對觀測人員進行有效培訓(xùn)，并在觀測環(huán)節(jié)開始前，對各類設(shè)備進行檢測，避免設(shè)備與人員問題影響到實際體系的運轉(zhuǎn)。

4 GPS-RTK技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

礦山觀測應(yīng)用場景中，如果使用傳統(tǒng)觀測技術(shù)模式，不同控制點之間應(yīng)保持通視狀態(tài)，其作業(yè)環(huán)節(jié)十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)精準度不高，尤其是在我國西南地區(qū)，山勢連綿起伏，地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，不同控制點之間很難保證通視條件，且人員及設(shè)備在不同控制點之間的轉(zhuǎn)移十分困難。相對而言，GPS-RTK技術(shù)在GPS接收裝置的幫助下，可實時獲取到定位信息，在選中基準站位置后，不同控制點之間的觀測工作可同步進行，且無需保持絕對的通視的條件，數(shù)據(jù)定位精度明顯提高，作業(yè)效率也得到改善。例如，在我國云南某鉬礦開采場地，區(qū)域內(nèi)部地貌條件復(fù)雜多變，很多區(qū)域與方向都存在遮擋物，工程團隊在應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)過程中，在區(qū)域內(nèi)部同時設(shè)置7個控制點，不同點位精度平面均超過2.2mm，而高程均超過10mm，而這種精度控制體系可有效滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)的精度要求。

4.1 礦區(qū)控制網(wǎng)的建設(shè)與應(yīng)用

現(xiàn)代礦山開采對前期建設(shè)工作要求很高，而前期建設(shè)過程又離不開測繪環(huán)節(jié)。隨著我國社會生產(chǎn)體系的飛速發(fā)展，生產(chǎn)生活對礦產(chǎn)資源的需求量也在連年攀升，無論是煤礦資源還是各類金屬礦石資源，開采工作也隨著需求總量的提升不斷優(yōu)化，礦山地表環(huán)境也在不斷變化，這就對礦產(chǎn)開采規(guī)劃者提出更高的要求，測繪圖紙實時性與準確性標準更為苛刻。為解決這一難題，礦山測量工作團隊需結(jié)合當前開采進程，不斷對礦區(qū)地形圖數(shù)據(jù)信息進行修正，確保地形圖信息與當前的開采現(xiàn)狀保持一致，進而為后續(xù)規(guī)劃地形圖與地籍圖的制作提供全面支持。而在這種應(yīng)用場景下，GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢不斷凸顯，其極大提高觀測工作的便捷性，大幅削減觀測工作量以及觀測數(shù)據(jù)的延遲性，并保證工作效率。

鑒于編輯部里有好幾個來自川渝的編編。夏蟲不敢自詡很能吃辣，但蟲子絕對是來自大西北的一枚“辣丫兒”無疑。吃面前在碗里加一勺辣椒，是我面對生活的最后一點兒尊嚴。而麻辣燙、酸辣粉、辣條、鴨脖……一切跟辣有關(guān)系的食物，可以說是激勵夏蟲在冬天繼續(xù)維持生活的大半部分動力了。當我知道這次聚餐跟其他編編一起吃火鍋時，面對桌前一半清湯一半辣湯的鍋底，理智告訴我要少吃辣，但手一定會不聽使喚地又一次伸向辣鍋……哎，暴露了。

4.2 求取坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS接收機獲取到的數(shù)據(jù)信息為原始大地經(jīng)緯坐標系統(tǒng)，為方便觀測過程，工作人員需將其轉(zhuǎn)換為當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)，而工作人員需在這一環(huán)節(jié)計算出精準的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)計算過程中，工作人員必須獲取到至少三個控制點的地理空間坐標值，也就是X、Y、H，并同步依照控制點均勻分布的基本原則進行。

4.3 礦區(qū)地面形變量測量

伴隨著礦山開采工作的進行，礦區(qū)地面特征參數(shù)將會發(fā)生改變，也就是不同位置地面點的水平位置與高程將會變動，而礦區(qū)地面形變測量環(huán)節(jié)就是要精準獲取到這一數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)將當前數(shù)據(jù)信息與歷史數(shù)據(jù)信息進行對比分析，進而得出水平位移與下沉值，進而為變形分析工作提供相對合理的科學(xué)依據(jù)。傳統(tǒng)形變測量工作需要在礦區(qū)內(nèi)部布設(shè)基準點與形變觀測點，進而組成礦區(qū)地面變形觀測網(wǎng)，使用全站儀測量觀測網(wǎng)內(nèi)部邊長與角度的變化，進而計算出形變量。GPS-RTK技術(shù)利用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，可將數(shù)據(jù)處理、坐標轉(zhuǎn)換與多項式曲面擬合等環(huán)節(jié)進行整合，在提高觀測結(jié)果與控制工作的正面促進效能。根據(jù)行業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)對比，RTK測量點的精度已達到厘米級，因此，在測得WGS-84高程后，即便轉(zhuǎn)換為1954北京坐標系，依然可滿足礦區(qū)地面變形監(jiān)測工作的精度要求。

4.4 礦區(qū)工程測量

礦區(qū)工程測量對礦山資源開采工作極為關(guān)鍵，但是，礦山區(qū)域多變的影響要素始終影響著測量工作精度。以我國云南地區(qū)為例，礦山觀測工作區(qū)域森林覆蓋率高，且地勢變化幅度大，國家控制點密度較低，通視條件差，這種環(huán)境下，傳統(tǒng)常規(guī)測量手段無論是效率還是精度層面都很難得到有效保證。采用GPS-RTK技術(shù)可實現(xiàn)礦區(qū)地貌特征的動態(tài)測量，礦區(qū)地形地貌圖、橫縱斷面圖以及鉆孔放樣等環(huán)節(jié)都可得到良好的技術(shù)支持。

5 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的不足之處與注意要點

5.1 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的不足之處

GPS-RTK技術(shù)擁有良好的應(yīng)用前景，但是，如果區(qū)域電磁環(huán)境復(fù)雜，很容易造成精度波動。此外，不同測量點均處于獨立狀態(tài)，這就導(dǎo)致設(shè)備使用一段時間后，需聯(lián)測已知點進行對比，進而確定設(shè)備是否正常。如果區(qū)域內(nèi)阻礙建筑物很多，抑或是區(qū)域內(nèi)部高程圖存在較大誤差，RTK技術(shù)應(yīng)用也會受到很大限制。受衛(wèi)星定位系統(tǒng)自身的限制，如果觀測時間段選擇不當，衛(wèi)星高度截止角大小選擇不合理，也同樣會造成解算時間過程，這就導(dǎo)致測量團隊無法獲取到固定雙差解。GPS-RTK技術(shù)多為室外連續(xù)作業(yè)，這就要求每一臺設(shè)備都要配備充足的電源，而電源選擇與供電穩(wěn)定性就成為限制技術(shù)應(yīng)用的另一項不利因素。

5.2 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的注意要點

首先，為保證測量結(jié)果的精度，作業(yè)過程中移動站與基準站之間的距離應(yīng)保持在10公里范圍內(nèi)，并避免出現(xiàn)多路效應(yīng)問題以及點位對中誤差問題。

其次，觀測數(shù)據(jù)獲取完成后，軟件系統(tǒng)應(yīng)技術(shù)完成成圖過程，為提高成圖準確性，工作人員應(yīng)在室外測量環(huán)節(jié)初步完成草圖繪制。

According to the traditional RNN and LSTM,a traditional checking model of Chinese read-backs was proposed in Ref.35.To compare the proposed checking model,the experiments based on traditional model were conducted.The procedure of traditional checking model is shown in Fig.5.

此外，為保證高程定位的準確性，工程團隊應(yīng)盡量保證測量區(qū)域控制點分布的均勻性，合理實施聯(lián)測環(huán)節(jié)，進而不斷優(yōu)化高程轉(zhuǎn)換參數(shù)。

6 結(jié)語

綜上所述，GPS-RTK技術(shù)與傳統(tǒng)觀測技術(shù)模式相比，在測量效率與精度層面優(yōu)勢明顯，且具備自動化與智能化的體系特征，常被應(yīng)用在礦區(qū)地貌動態(tài)測量環(huán)節(jié)，工程價值十分明顯。但是，GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用過程中，工程人員應(yīng)嚴格遵照技術(shù)應(yīng)用原則與操作規(guī)范，科學(xué)控制觀測區(qū)域內(nèi)各類不良影響要素，合理布局控制點位，科學(xué)選擇基準站位置，確保礦區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)的合理性與監(jiān)測過程的可靠性。

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