基于GPS—RTK技術的礦山測量

夏元慶

摘 要：GPS-RTK技術是一項新型的GPS測量技術，該技術擺脫傳統(tǒng)測量手段的弊端，能夠在環(huán)境復雜、地形復雜的區(qū)域進行實時定位，獲取精確的定位信息，該技術廣泛應用在礦山測量、工程測量等不同領域。文章從GPS-RTK測量技術的工作原理及優(yōu)點入手，介紹GPS-RTK技術在礦山測量中的工作流程，根據(jù)實例驗證該技術的精確度。

關鍵詞：GPS-RTK技術；礦山測量；應用流程

礦山所產的資源是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要保障，為世界各個國家的經(jīng)濟、社會發(fā)展提供重要的物質支持。礦山開采重點就是山區(qū)、井下開采，因人為建設致使某些特殊情況時常出現(xiàn)，例如：控制點通視不佳、嚴重破壞測量點等情況。對礦山進行測量工作時，最初采用經(jīng)緯儀、水準儀測量高程、角度等參數(shù)，通過測量數(shù)據(jù)建立控制網(wǎng)絡，但是，傳統(tǒng)的測量技術無法滿足測量精度、效率的要求。GPS-RTK技術具有全天候、自動化、精度高等優(yōu)點，廣泛應用到礦山測量作業(yè)中。文中深入分析GPS-RTK技術的工作原理及優(yōu)點，提出在礦山測量中使用GPS-RTK技術的流程。

1 簡述GPS-RTK技術的原理及優(yōu)點

RTK（Real Time Kinematic）是指實時動態(tài)定位監(jiān)測技術的簡稱，這種測量技術能獲得厘米級精度的測點三維坐標值，將GPS單點測量技術與數(shù)據(jù)傳輸技術合理結合，具有測量所需時間短、測量結果精度高等優(yōu)點。目前，GPS被廣泛應用在地質測量、工程測量、數(shù)字地形測量等領域。同時，GPS-RTK測量工作中，用戶接收機可依據(jù)觀測基站發(fā)送的改正信息及觀測結果、求解結果實施計算動態(tài)坐標，改善觀測數(shù)據(jù)冗余情況，達到實施準確定位，能有效提升測量工作的效率和準確率，獲得各領域業(yè)內人士的廣泛認可。GPS-RTK是根據(jù)載波相位觀測設計的一種測量技術，GPS-RTK測量技術的工作原理如下：將基準站建立在已知或未知的點上，在基準站上配備GPS接收機，確保基準站可以持續(xù)測量能夠看見的GPS衛(wèi)星，實時接收衛(wèi)星信號，并借助無線通信網(wǎng)及時傳輸至用戶觀測站，用戶站把所接收的衛(wèi)星信號與基準站信號進行聯(lián)合求解得到基準站和流動站間坐標增量值，這種技術的計算的進度高達厘米級的數(shù)量級，例如：若站間距為30km，其平面精度處在1～2cm。

2 GPS-RTK技術在礦山測量中的主要流程

2.1 收集測量點的資料

采用GPS-RTK技術對礦山進行測量工作前，應向對礦山資源進行勘探，收集測量點的相關資料。通過GPS-RTK測量定位儀器展開測量工作時，流動站地形點的測量時間控制為2s，控制點時間為15s?；鶞收镜匦吸c和控制點所用的觀測時間分別為2s、15s。如果測量區(qū)域不存在控制點，可以設置相應的GPS控制網(wǎng)。為保障地面網(wǎng)與GPS網(wǎng)高程與聯(lián)合平差能夠合理轉換，必須認真分析、布設礦區(qū)的控制點，控制點數(shù)量>4個，均勻分布在整個礦區(qū)。

2.2 合理設置基準站位置

對礦山進行測量工作時，要合理設置基準站站址，其設置位置不得與大功率無線電過近?；鶞收镜恼局房梢苑譃橐阎c和非已知點，使用PSION采集器輸入基準站的坐標、發(fā)射間隔等參數(shù)，主機與電臺Tx/Rx燈發(fā)出閃爍信號表示設置成功。為確保GPS-RTK技術對礦山測量的進度，設置基準站應遵循以下原則：（1）基準站盡量設置在地勢較高、通視效果好、覆蓋面廣的區(qū)域，最好設定在檢測區(qū)域的中央；（2）因南北極周圍是衛(wèi)星信號的空洞區(qū)域，為確保測量數(shù)據(jù)的精度和工作效率，可以將基準站電線架設至GPS接收機的北方。

2.3 轉換待測礦區(qū)的坐標

GPS-RTK技術對礦區(qū)測量時獲得WGS-84坐標，礦山測量主要使用北京坐標系或獨立坐標系，因此，運用GPS-RTK技術進行測量工作時要將坐標進行轉換。如果測量礦區(qū)的規(guī)模較大，必須在測量前對參數(shù)進行轉換，便于直接測量工作時直接輸入坐標參數(shù)和基準站坐標值。臨時求解待測區(qū)域轉換參數(shù)方法如下：首先，創(chuàng)建基準站，收集單點定位WGS-84坐標值。其次，采用流動站檢測高等級的控制點，一般聯(lián)測三個以上求解待測區(qū)域的轉換參數(shù)。

2.4 測定礦區(qū)地面形變

如果待測礦區(qū)地面點高程及水平為止等在不同時間段開展測量工作，隨之比較分析獲得測量數(shù)據(jù)，從而得到地面點為止下沉數(shù)值及水平位移等各項參數(shù)，從而為地面變形分析和預測工作提供重要參考。一般使用地變形監(jiān)測網(wǎng)開展這項測量工作，具體操作步驟如下：（1）合理設置待測礦區(qū)形變觀測點、基準點，借助全站儀測量監(jiān)測網(wǎng)的長度及角度，使用水準儀測量各測點的高差值，從而計算出待測網(wǎng)點的高程及水平位置。（2）對礦區(qū)地面形變情況展開測量時，使用GPS中的坐標轉換、數(shù)據(jù)處理、計算分析等方法獲得最佳的測量結果。

2.5 測量礦區(qū)工程

通常情況下，礦區(qū)地形比較復雜，多數(shù)為山地和丘陵地帶，礦區(qū)通視效果不佳，對礦區(qū)的工程測量工作帶來一定的難度。因此，使用傳統(tǒng)測量手段無法保障測量工作的精度和效率，甚至有些時期無法開展測量作業(yè)，使用GPS-RTK技術能有效克服傳統(tǒng)測量手段的不足之處。采用GPS-RTK技術對整個礦區(qū)開展測量作業(yè)時，GPS-RTK技術可以有效實現(xiàn)“鉆孔放樣、測繪礦區(qū)地形地貌、測量橫、縱斷面圖”等工作。

3 檢驗GPS-RTK技術定位精度的實例

某煤礦各個煤礦區(qū)地質起伏較小，衛(wèi)星信號能夠覆蓋多個區(qū)域。使用GPS-RTK技術對礦區(qū)展開測量、測探放樣工作，重復檢測某一個控制點，控制點坐標較差如表1。相鄰觀測點使用全站儀和GPS-RTK技術實測距離如表2。

分析表1、表2可知，GPS-RTK測量技術不單能夠實時提供檢測礦區(qū)點位坐標和高程值，也能滿足礦區(qū)測量作業(yè)對點位精度的要求，從而提升礦區(qū)測量工作的效率和準確率，達到礦區(qū)測量工作的實際要求。

4 結束語

總之，隨著礦山測量技術的快速發(fā)展及能源需求量增加，礦山測量工作必須滿足效率高、精度高等特點，GPS-RTK技術能滿足動態(tài)測量和經(jīng)?；V區(qū)測量的需求，不受距離、環(huán)境等因素的限制，從而廣泛應用在礦區(qū)測量和地形條件復雜區(qū)域的測量工作。