GPS RTK技術在礦區測量工作中的應用研究

羅元培

摘 要：GPS-RTK技術是一種新興的礦區測量技術，本文通過對GPS-RTK技術的工作原理和影響GPS-RTK技術定位精度的因素進行分析，探討了GPS-RTK技術在礦山測量中的應用及其優越性，并就RTK技術在實際應用中可能遇到的問題提出了有益的見解。

關鍵詞：GPS RTK；礦區測量；應用

1 概要

RTK(Realtime Kinematic)實時動態差分法，是一種全新的GPS測量方法。傳統的靜態、快速靜態、動態測量等測量方法都需要測后利用隨機軟件進行解算才能獲得結果，而RTK技術采用了載波相位動態實時差分方法，它能夠在野外實時火到厘米級的定位精度，是GPS應用的重大里程碑。目前，隨著GPS-RTK技術的不斷發展和成熟，GPS-RTK已經廣泛應用于測繪的各個行業，與常規的觀測方法相比，GPS-RTK技術有作業效率高、定位精度高、作業自動化、集成化程度高、作業條件要求低、操作簡便，容易使用，數據處理能力強等優點，具有很強的應用性。

2. GPS-RTK工作原理

GPS-RTK技術是GPS測量發展中的一個新的里程碑，它主要由GPS接收機、數據傳輸系統、軟件系統三部分組成。它的工作原理是：至少使用2臺GPS接收機(1臺基準站，1臺流動站)，并且必須同時工作，利用載波相位差分技術實時處理這2個測站的載波相位觀測量進行差分處理。RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。基準站接收機通常設在1個固定的點上)，通過基準站系統采集可用衛星的原始數據，巾串行端口送至無線電發射臺，發射電臺對包裝后的原始數據進行廣播，南流動站電臺接收基準站發來的包含基準站接收到的GPS原始數據的信息，電臺將收到的基準站原始數據經南串門轉往流動站接收機。與此同時，流動站GPS接收機會在其當前位置采集本機的原始數據。來自基準站GPS接收機與流動站GPS接收機的原始數據匯集在流動站接收機中統一進行處理，從而計算出2個接收機之間精確到厘米級的基線向量，最后，流動站接收機利用已知基準站的位置和基線向量計算流動站的坐標。根據基準站和流動站的工作原理，作業人員攜帶流動站系統在測區又快又準確地進行定位測量、放樣和地形測量等其它測量工作。

3. GPS-RTK技術在礦山測量中的應用

3．1 礦區控制網的建立和使用

常規控制測量要求控制點之間相互通視，作業工序復雜，而且精度不均勻，外業中也不知道測量成果的精度。而用GPS-RTK技術進行控制測量既能實時知道定位結果，又能實時知道定位精度，這樣可以大大提高作業效率。求取坐標轉換參數為了使GPS接收機中原始大地經緯坐標系統轉換為當地坐標系統，必須先計算出坐標轉換參數，而求取坐標轉換參數必須己知至少3個高精度控制點的當地坐標值x、Y、H。

3.2 礦區地面形變測量

礦區地面形變測量的目的是在不同時間段測定地面點的水平位置和高程，通過與測前數據進行對比分析，得出地面點位的水平位移與下沉值，為變形分析與預測提供科學的依據。其常規測量方法一般是先在礦區地面布設基準點和形變觀測點組成變形監測網。用全站儀測定監測網的邊長和角度，用水準儀測量個測點問的高差，并計算出監測網點的水平位置和高程。據資料顯示，RTK測量點位精度可達厘米級，測得的WGS-84高程轉換為1954北京坐標系高程后也可滿足礦區變形監測的要求。

3．3 礦區工程測量

礦區的工程測量工作一直是一項重要內容，也是一直困擾著礦山工作者的難題。因為，工作區域大多是山地和丘陵區，森林覆蓋率高，國家控制點密度較稀，通視條件較差。因此常規測量手段在效率和精度上就很難滿足礦區工程測量的要求，而GPS-RTK技術除了上述應用外，還可用于礦區的很多其他工程測量，并能彌補常規測量在效率和精度上的不足。在礦區，GPS-RTK技術可用于動態測量礦區采煤地面沉陷積水面積、測繪礦區地形地貌圖、縱、橫斷面圖的測量以及鉆孔的放樣等。

4. GPS RTK的技術優勢

(1)具有實時性，這是一般的測量設備所不具備的，而且放樣精度能達到厘米級別。

(2)RTK測量作業效率高。根據有關資料對比分析，GPS-RTK測量作業效率是傳統導線測量的2-4倍。GPS-RTK的人力和設備的投入都比較少，常規測量手段需要的人力和設備的投入是GPS-RTK測繪手段的3倍左右。

(3)GPS-RTK測量成果在野外觀測時是實時提供的，因此能在現場進行校核數據，這是傳統測量所不能及的。

(4)GPS-RTK測量的關鍵技術之一是陜速解算載波的整周未知數，達到了快速，高精度，而且即使遇到障礙物失鎖也可在重新捕獲衛星并在數分鐘后繼續測量的技術前沿。在RTK作業模式下，只要能夠滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內(一般為4km)，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。RTK技術當前的測量精度平面：±(10＋1×10-6D)mm；高程：±(20＋1×10-6D)mm。而傳統的作業方法在進行測量時要逐級進行設站，造成誤差也隨著傳遞和累計，而采用GPS RTK進行測量時由于精度比較均勻，誤差是相互獨立的，不會積累，也不存在傳遞。

(5)基站與移動站之間不需要通視，觀測距離遠，全天24小時都可作業。

(6)完成基站設置后，整個系統可以由一個人操作即可，也可同時設置幾個流動站，大大提高了效率。實踐證明GPS-RTK的精度取決于GPS系統、RTK設備、測量環境、用戶的使用水平和采用的方法，只要嚴格按照規范操作，是完全能保證測量質量的。

5. 應用體會

(1)由于RTK測量受諸多因素的影響，測量誤差主要來自多路徑效應、點位對中誤差等，在測量過程中要盡量避免發生并減少其誤差。移動站在接收衛星信號的時候還要接收基站電臺發射的信號，盡量不要超過10km。

(2)星數問題限制了RTK技術的應用范圍。在礦區工廣內樓群比較密集、遮擋物較多或周圍有強烈的電磁波干擾的地方，移動站鎖定衛星的個數少于5個或鎖接受衛星信號信噪比小時，很難達到測量需要的狀態，這時應采用和全站儀相結合的方法，用RTK在附近測量兩個圖根點，再用全站儀進行測量。

(3)遷站過程中，當通過樹下、立交橋、隧道時，會引起失鎖。失鎖后，必須重新初始化，確定整周模糊值。確定整周模糊值的時間和可靠性，取決于接收機的種類、所測星數、至基準站的距離、RTK軟件的質量等因素。

(4)當進行一些礦區一般精度的放樣、測繪工作時移動站的距離可以適當拉長，但是在進行1-3cm的定位精度的時候，移動站和基準站的距離，一般應限制在幾公里的范圍內，太長了精度將達不到要求。

(5)外業測量以后還要進行內業成圖，如果測量點較多的話，還需要在外業測量時進行草圖繪制，RTK提供的電子手簿里具有草圖繪制功能，可以實時的進行繪制以及屬性輸入、圖形編輯，隨著RTK技術的推廣，相信在礦區測量中會得到更加廣泛的應用。

6.結論

從前面的敘述可知，與傳統的觀測方法比較，RTK技術具有集成化、自動化高的特點，適應礦區動態測量和經常化的要求，因此，GPS-RTK在礦山工程測量上具有很大的發展前景。

(1)GPS-RTK作業精度高且不受環境和距離的限制，在地形條件困難地區、局部重點工程地區等施測也很方便。

(2)GPS-RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標，這將徹底改變礦山測量的模式。

(3)只要我們科學設計、精心施測，GPS-RTK完全可以滿足礦區控制網的布設和礦區變形監測的要求。

參考文獻：

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[2]羅菲，邵金強 RTK技術在公路測量中的綜合應用[J]．地礦測繪，2006

[3] 李巧蓮，劉軍．GPS(RTK)技術在礦山測量中的應用[J]．采礦技術，2006