GPS—RTK技術在煤礦地表測量中的精度比較

摘 要：RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑。文章簡要介紹靜態、快速靜態、實時差分動態GPS-RTK的工作原理及技術特點。通過實例評價了RTK的精度并對RTK如何提高精度進行了闡述。

關鍵詞：靜態GPS測量；實時動態GPS測量（RTK）；礦山測量

1 RTK定位技術

RTK（Real -Time Kinematic）又稱實時動態差分法，1993至1994年實現重大技術突破，被稱為GPS定位技術發展史上的又一個里程碑[1]。它的基本思想是：在基準站安置一臺GPS接收機，對所有可見的GPS衛星進行連續觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站，依據相對定位的原理實時解算并顯示用戶站的坐標信息及其精度[2]。RTK的作業建立在實時處理兩個測站的載波相位的基礎之上，基準站通過數據鏈實時地將采集的載波相位觀測量和基準站坐標信息一同發送給流動站，流動站一邊接收基準站的載波相位，一邊接收衛星的載波相位，并組成相位差分觀測值進行實時處理，能實時獲得厘米級精度的測量成果。

2 RTK的技術特點

2.1 RTK的技術優勢

（1）作業效率高：比起傳統測量減少了所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，僅需一人操作，只需2-3秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低。

（2）降低了作業條件要求：傳統測量受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制使測量精度，作業速度受到很大的影響，RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”。因此，只要滿足RTK的基本工作條件，它就能輕松地進行快速而高精度的測量。

（3）定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累：在沒有已知基準點或基準點被破壞而造成的控制點不足的地區和由于地形復雜、地物障礙而造成的通視困難地區都能快速的、高精度定位。只要滿足RTK的基本工作條件， RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

（4）RTK作業自動化、集成化程度高：RTK可勝任各種測繪內、外業。流動站利用強大的內裝式軟件控制系統，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，自動控制作業精度，提高了測量的精度。

（5）操作簡便：只要在設站時進行簡單的設置，就可以很簡單的完成測繪任務。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與其他儀器進行通信。

2.2 RTK的技術限制

（1）在高山峽谷深處及密集森林區、城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使RTK的使用受限。

（2）白天中午，受電離層干擾大。共用衛星數少，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。

（3） 在測量過程中，有時會出現在某個時間段或區域內解算時間較長，有時甚至無法獲取固定雙差解，這時可適當提高高度截止角。

（4）RTK作業模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，在有些地區還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相當困難，影響測量精度。

（5）RTK耗電量較大，需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續作業。

3 RTK定位技術在礦山測量中的應用

RTK技術在礦區地形圖的測繪、礦區地理信息的采集和管理、礦區儲量管理和開采監督、礦區土地復墾開發和生態環境整治、礦區規劃建設等都需要大量的測繪數據，而且由于社會發展快、礦區地表變化日新月異，為了能給決策層提供準確的信息，需要及時的更新測繪數據。礦山測量工作者需要不斷地對礦區地形網進行補測并測繪大量的專用地籍圖、規劃地形圖，而RTK的技術特點給我們的測網工作帶來很大的便捷，與傳統測量手段相比大大減小了工作量，提高了工作效率。

下面以一組放樣數據說明RTK技術的觀測精度（表1）。

X偏差中誤差：

Y偏差中誤差：

其中 x 為樣本平均值。最小點位偏差為±1mm，最大點位偏差為 7mm，可見RTK的觀測精度相對較高。

4 提高RTK精度的討論

（1）對坐標參數轉換的要求：GPS衛星星歷是以WGS-84大地坐標系為根據而建立的，RTK使用的坐標系統是WGS-84坐標系統。我國目前使用的是1954年北京坐標系或1980年國家大地坐標系，因此必須求出WGS-84坐標轉換到54北京坐標系或80國家坐標系。目前求解坐標轉換七參數的方法有兩種：一是將測區控制點的WGS-84坐標和54北京坐標直接鍵入手簿來自動求取轉換參數。二是控制點若無WGS-84坐標，可采取現場采集的方法，通過鍵入一定數量控制點的地方坐標，然后到這些控制點上用RTK采集WGS-84坐標，通過點校正擬合出最佳轉換參數。

（2）基準點位置的選擇要求：選擇基準站，除了要考慮點位的穩固、方便架設參考站等因素以外，還要考慮參考站上方應無衛星信號的遮擋及影響數據鏈的無線電干擾。另外，RTK基準站還應有準確的WGS-84地心坐標。

（3）觀測時間要求：因為GPS的粗差往往出現在幾何圖形強度因子（PDOP）值較大的時間段，所以安排觀測時應繞PDOP值大的時間段。所以一般中午時分不易進行RTK測量要，早出工，晚收工，利用良好時段進行RTK測量，不僅效率快，而且精度高。

由于一些環境等的客觀原因存在，RTK初始化時容易產生錯誤，所以必須進行質量控制。質量控制的方法主要有[4]：

（1）已知點檢核比較法：即在布測控制網時用靜態GPS或全站儀多測出一些控制點，然后用RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核，發現問題及時采取措施改正。

（2）重測比較法：每次初始化成功后，先重測l-2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認無誤后才進行RTK測量。

（3）電臺變頻實時檢測法：在測區內建立兩個以上基準站，每個基準站采用不同的頻率發送改正數據，流動站用變頻開關選擇性地分別接收每個基準站的改正數據從而得到兩個以上解算結果，比較這些結果就可判斷其質量高低。

總之，在科學技術高速發展的今天，GPS測量技術給現代礦山測量帶來了極大的變化，RTK的出現為礦山工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，不僅精度高，而且使用方便，節約成本，但是也有其缺點需要改善，隨著其技術的不斷進步，GPS技術將不斷完善，其在礦山測量中將發揮更重要的作用。

參考文獻

[1]Frei E.， Yau J.， Sauer D. Ambiguity Resolution On the Fly ：Results， Facts， Limitations， Leica Ltd.， Heerbrugg， Switzerland， 1993.

[2]Euler H.-J. Achieving High-Accuracy Relative Positioning in Real-Time Results， Presented at IEEE Plans'94， Las Vegas， Nevada， April 12-15， 1994.

[3]http：//wenku.baidu.com/view/fee2c4030740be1e650e9ae0.html.

[4]侯世芳. 實時動態差分法（RTK）技術的應用與質量控制[J]. 中國新技術新產品， 2010（1）：124.

作者簡介：韓景民，1967-，內蒙赤峰人，工程師，1989年畢業于山西礦業學院，現在西山煤電集團公司杜兒坪煤礦從事地測技術管理工作。