礦山地質測繪衛星定位精度優化研究

陳 晨

（安徽省地質礦產勘查局311地質隊，安徽 安慶 246003）

在開展礦山地質測繪工作的過程中，測繪的精度經常會受到多種因素的影響而表現出一定的誤差現象，而這種精度上的誤差有時會直接影響到礦產資源的合理規劃和科學利用，繼而造成部分浪費現象的發生。礦山地質測繪技術的相關研究可以為礦山地質學的整體研究提供基礎性的數據，通過此種方式來獲得質量更高的數據信息。在信息化技術不斷發展的影響下，GPS衛星定位技術的應用也變得越來越廣泛，為我國處于較為復雜地質環境下的礦山建設帶來極大的幫助。

1 礦山地質測繪的研究現狀

開展礦山地質測繪工作的目的即為后續的開采與建設提供方便，此項工作的開展一般是將先進的科學技術作為依據，通過測繪來得出準確且有效的測量數據。在科學技術快速發展的影響之下，礦山地質測繪工作在效率和質量方面都出現了一定的提升，但是因受到我國對各類資源需求較大的影響，現有的礦山地質測繪技術依舊需要得到進一步的提升。

現階段的礦山地質測繪已經積累了一定的研究成果，但是還需要進一步發展。GPS定位技術已經在我國的礦山地質測繪工作中占據了極為重要的地位，該項技術雖然在測繪效率與精度方面都展示出了一定的優勢，但為了對礦山現代化建設的相關需求進行進一步的滿足，還需要對GPS定位技術的精度作出進一步的優化[1]。RTK技術就是在此種背景下發展而來，使整個測量的精度和效率得到進一步的提升，同時也減少了外界因素對信號傳輸帶來的不利影響。GPSRTK測繪技術是將GPS衛星定位技術作為基礎，將一部分儀器作為固定基準站，另一部分作為在流動站來實施相應的觀測工作，通過此種技術來獲得更為精準化的定位信息。國外針對此種技術的相關研究處于較早階段，相對發達國家，我國針對RTK測繪技術的研究還處于起步尚晚的階段，需要對其進行進一步的探討與分析[2]。

2 GPS-RTK測繪技術在優化精度方面的優勢

GPS-RTK測繪系統主要是由GPS衛星定位系統、數據傳輸分析系統以及軟件解算系統共同組成，它作為一種新的衛星定位測量方式，可以對兩個測量站的載波相位觀測差進行實時的處理，從而獲得厘米級精度的數據內容，此種系統是優化衛星定位技術精準度的重要內容，需要對其多加關注。從GPS衛星定位系統來看，它作為RTK測繪系統的基礎，主要是由基準站、流動站和GPS接收設備共同構成。從數據傳輸系統來看，它是由基準站上的數據發送裝置與流動站上的數據接收裝置共同構成，是支撐測繪技術應用的基礎裝置。從軟件解算系統來看，它是提升測繪精度的關鍵，在消除誤差方面發揮著重要作用。與其他測繪技術相比，GPS-RTK技術最大的優勢即精度高，無論是將其應用在礦山的平坦低端還是地勢復雜的地段，該項技術的應用都可以為礦山測繪工作提供準確性極高的數據內容。礦山地形的影像數據采集是非常重要的內容，通過此種方式來與礦山地形進行匹配，可以獲得較好的測量效果。在具體的地質測繪工作當中，礦山底部特征的圖像獲取起來具有一定的便利度，但是頂部的地形特征具有一定的復雜性，單純依靠衛星定位技術無法獲得精準的數據，將GPS-RTK技術應用于測繪工作當中，可以在測量精度方面顯示出一定的優勢[3]。RTK技術的應用可以對圖像不均勻的問題進行規避，同時能將礦體的分布密度與高程準確地反映出來，在反映礦山地勢走向方面也具有重要意義。

此外，RTK技術一般一人就可獨立完成，單次作業即可實現對4KM區域范圍額的勘察工作，并且不需要重復勘察，具有作業效率較高的特征。

3 礦山地質測繪中GPS-RTK技術應用的基本流程

GPS高精密的測量需要利用載波相位進行觀測，RTK技術是以載波相位為基礎，實現對被測點的位置進行實時的動態位置定位，并具有一定的精度。RTK工作方式中，參考站點將其觀察結果與測量點的坐標信息通過資料鏈路傳輸到流動點。該流動站除了接收參考站點的資料外，也收集GPS的觀測資料，形成微分觀測量進行即時的分析，并在一秒之內完成對 GPS位置的精確測量。所述流動臺可以是靜態或移動的；可以在一個特定的位置進行初始化，然后進行動態操作，或者可以在一個動態的情況下，直接啟動，并在一個動態的環境中進行整個的模糊搜索。當一個完整的周期未知數被確定后，就可以對每一個周期單元進行及時的處理，并且保證四個以上的相位觀察和需要的空間坐標，就可以在任何時候得到一個毫米的位置。RTK的基本原理是一樣的，但是它把衛星的載波當作它的訊號，而忽視了它所含的訊息。

3.1 業內準備工作

在開展礦山地質測繪工作之前，需要以細致化的方式針對所測繪的區域進行一定的勘探，并以此為基礎來準備相應的業內準備工作。

首先要對工程的名稱進行標注，接著要對各類的設備做出校驗處理，避免對后續使用的精度產生不利影響?；鶞收竞土鲃诱镜腉PS接收設備需要進行合理設置，以相關經驗為依據，可將基準站和流動站的數據采樣頻率分別設置在4s～5s和1s～2s，將二者高度截止角設置在10°。在對坐標轉換參數已知的情況下，可將相關數據輸入到電子手簿當中。在對計劃放樣點的線路方位角與坐標進行設計時，需要格外注意準確性與實時性[4]。

3.2 架設基準站

將RTK測繪技術應用于礦山地質測繪工作當中，首先要做的就是架設起基準站，這是對數據鏈的通暢性進行保障的關鍵，只有這樣才能在野外測繪中獲得精準的數據信息。具體的架設工作中。一是要提前選取選取視野較為開闊的位置，避免周圍（200m以內）存在大功率發射源和高壓輸電線路，防止出現干擾觀測信號造成測繪過程中數據鏈丟失等問題；二是要對基準站的坐標進行明確，并且要處于較地勢，同時為了減少測繪往返所浪費的時間，待測區的中央是比較適合的位置；三是要注意到南北極的衛星空洞區，將基準站的天線架設在GPS接收機的背面位置，讓測繪的精度可以得到進一步的保障。于基準站覆蓋區域內部選出相應的點位之后，需將儀器設備架設到位，啟動接收機并完成衛星高度角等參數的設置，就繼續設置流動站[5]。

3.3 選擇流動站

流動站的主要作用即對基準站的數據進行接收，與基準站共同構成數據接收的主體。依據流動站的功能特征可知，流動站與基準站之間的距離和通視方向數等，都會直接地影響到最終的測繪精度，因此需要流動站的選擇進行關注。一是要注意到流動站的選址不可距離基準站較遠，以5km～10km為宜，最多不可超出15km。二要注意到通視條件，即便是條件較差的區域也需在流動站與基準站之間留有至少一個通視風向，若條件較好的空曠區域，需要留有2～3個通視方向。選出合適的流動站之后，需要配置相應的測繪人員對其進行觀測，與接收機的天線形成連接狀態之后，將接收機啟動并做參數的合理設置，借助無線電實現基準站與流動站的連接，可如下圖1所示。

圖1 基準站和移動站的設置示意圖

3.4 野外數據采集

將GPS-RTK技術應用于野外數據的采集工作當中，需要對GPS定位系統的靜態采集與動態采集功能進行應用。其中靜態采集是將站點保持在相對靜止的狀態當中，并以此種狀態對GPS衛星信號進行接收，通過此種方式來實現對目標點三維坐標的有效接收，讓數據采集具有一定的連續性。而動態采集就是將GPS技術作為依據，將目標物的坐標確定下來之后再進行相應的放樣操作。

3.5 GPS-RTK試測

在正式展開測繪工作之前，需要對控制點實施試測工作來實現對系統正常性的檢驗。試測工作的主要流程即打開基準點的接收機，將點高和WGS-84坐標輸入到其中之后，合理調電臺通道與靈敏度，并對電臺指示燈的正常工作與否進行觀察。接著需要以隨機選取的方式將流動點的接收機打開，通過一定的參數設置和初步的調試工作之后，將坐標轉換參數輸入到其中，對接收指示燈的亮起情況進行觀察，最后對衛星的觀測個數進行清點[6]。當衛星顆數≥5顆且PDOP值＜6時，就可實施各類放樣工作。

3.6 放樣測量

在開礦山地質測繪工作的過程中，可將鉆探、槽探、探勘探網等方式應用于其中，通過不舍工程點的方式來實施放樣測量的相關工作。礦山地質測繪工作的開展多于地形較為復雜和交不便的山區，且面積十分廣闊，傳統的測繪技術無法發揮出精準性，只有將RTK的測繪技術應用其中，才能實現對測繪工作流程的有效簡化，讓工程點可以得到更為精準的布設，進一步提升測繪作業的效率與質量。具體的放樣工作主要有兩種形式，分別是點放樣和線放樣，無論是何種放樣方式，在具體的放樣測量當中，都需要將待測區域的控制點計劃作為主要依據，通過制定出科學性的流方案，對放樣點的位置進行確定。在開展放樣工作的過程中，需要對電子手簿的控制點坐標精準度進行保證，同時還要將控制點的數目作為重點進行關注，滿足測量工作的最少要求。另外還要對控制點布設的合理性與科學性進行關注，保證好各放樣點之間的聯系性。

3.7 地形測量

GPS-RTK測繪技術在對地形進行測繪的過程中，具有作業時間較短的重要優勢，因此此種測繪技術在應用的過程中不需要對站點進行頻繁的更換，同時也不需要保證定向通視，在一定程度上降低了觀測誤差出現的概率。

此外，RTK測繪技術應用的過程中，可以通過設置多個流動站的方式來實施相應的測繪工作，在提升測繪效率方面具有重要意義。

4 GPS-RTK技術在礦山地質測繪中的具體應用

RTK采用了一個靜止的基地臺和一個移動臺，以減小移動臺的定位錯誤。基地臺將修正資料傳送至流動臺。正像前面部分提到的那樣，與衛星的間距主要是用載波的波長與衛星與探測器的整個循環數目相乘，再加一個相位差值。由于一個或多個周期的信號會發生相位上的位移，所以決定循環的數目是不容易的。由此產生的錯誤與估算的循環次數乘以19厘米的波長的錯誤相等。解決了這種稱為“整型”的模糊查找問題，可以得到精確的毫米。為了減小這種錯誤，可以采用一種先進的統計學手段，將 C/A的數據進行對比，并對多個衛星的最終距離進行對比。如果我們仍然假定鎖的準確率是1%，那么這個技術所能提供的改善將是很大的。

4.1 構建礦山區域控制網

RTK技術的一大優勢特征即精度高，此種技術對衛星定位技術的精度進行了明顯的優化，讓衛星定位技術可以更好地適應礦山區域的實際測繪需求。將RTK技術應用在礦山區域控制網的構建工作當中，可以依據實際的礦山抵制條件來實現對基準站和流動站的合理布設，通過此種方式來滿足礦山控制網對覆蓋范圍以及精度的要求，讓礦山建設變得更加精準且便捷。

4.2 測量礦山地面形變

礦山形變會對礦區范圍內的群眾安全產生直接性的影響，因此需要對礦山水平位移與地面沉降的情況進行測量，需要從不同的時間段來進行地面形變的測量，同時對不同時間測繪得出的數據結果進行分析與對比。傳統的測量方式是通過建立多個形變觀測點使用全站儀來進行監測，并對多次獲得的數據結果進行比較，此種方式雖可行，但卻存在耗時較長的特點[7]。將RTK技術應用于礦山地面形變的測繪當中，可實現對測量點之間的位移情況進行動態化的監測，并且精度可以達到厘米級的范圍。

4.3 對礦山進行工程測量

我國礦山多處于復雜的自然條件當中，傳統的測繪方式來實施工程測量時無法很好地滿足礦山工程項目的實際需求，會在一定程度上影響到礦山的開發與利用。將RTK技術應用在其中，可以憑借著實時監測的手段來對礦山區域內的地形地貌、地面沉降情況進行監測，為礦山工程項目建設提供一定的數據參考。

4.4 測繪大比例尺地形圖

想要礦山開發利用的科學性進行保證，需要將測繪工作中的大比例尺地形圖繪制作為重點，以此作為礦山開發的重要依據。

傳統的衛星定位測繪技術無法對復雜礦山的建設需求進行良好滿足，在測繪精度和效率方面的問題直接影響到了地形圖的獲取。將RTK技術應用在野外測繪工作當中，能夠對計算機相關軟件進行積極利用，通過數據的獲取、分析和處理，完成相應的地形圖制圖工作，讓繪圖的精確度和效率都可以得到有效提升。

4.5 核查礦山地質采剝量

礦山生產作業具有自身的特征，通常都會展開大規模剝離開采工作，想要在保證安全的基礎上滿足我國的礦產資源需求，需要對礦山地質采剝量進行詳細地核查。在開展核查工作的過程當中，使用傳統的測繪技術構建控制網，會對通視條件提出較高的要求，且占據大量內部空間，容易影響到核查的精度、效率與安全。將RTK技術應用于其中，可以通過整體掃描的方式來獲得相應的測繪結果，在保證測繪效率與安全方面具有重要意義。

5 結語

綜上所述，RTK測繪技術是將GPS衛星定位技術作為基礎而發展得來的技術類型，在精度優化方面發揮著極為重要的效果。將此種技術應用于礦山地質測繪工作當中，不僅可以對作業的半徑進行擴大，還能在很大程度上提升測繪的精度和效率，在推動礦山地質測繪工作質量方面具有價值。