RTK技術在礦山測量中的應用研究

陳健峰 蔡利波 孫 偉

(寧波冶金勘察設計研究股份有限公司，浙江 寧波315041)

RTK技術為井上大面積地形圖測量、尾礦庫變形監測、工程施工放樣等工作帶來了極大的便利。

1 RTK技術構成

RTK測量系統主要由GPS接收設備、數據傳輸系統和軟件系統構成。1）GPS接收設備在基準站和用戶站上，分別設置雙頻GPS接收機。由于雙頻觀測值不僅精度高，而且有利于快速準確地解算整周未知數。當基準站為多用戶服務時，其接收機的采樣率應與用戶接收機采用率最高的相一致。2）數據傳輸設備。數據傳輸設備也稱數據鏈，由基準站的無線電發射臺與用戶站的接收機組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準站的距離、環境質量、數據的傳輸速度。3）軟件系統。支持實時動態測量的軟件系統的質量和功能，對于保障實時動態測量的可行性、測量結果的可靠性和精確性，具有決定性意義。這種軟件系統突出的功能是能夠快速解算整周未知數，能選擇快速靜態、準動態、和實時動態等作業模式，實時完成對解算結果的質量分析和評價。

2 RTK技術特點

1）傳統測量技術穩定性差，外業容易受到地形、氣候、季節等諸多因素的影響，使測量精度、作業速度都受到很大限制，尤其在能見度低，通視條件差的情況下，有些測量作業甚至無法進行。而GPS-RTK技術不受季節、氣候和成像等的影響，可全天候進行野外測量工作；兩點之間不要求滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”。因此，和傳統的測量方法相比較，RTK技術受通視、能見度等因素的影響和限制較小，在傳統測量不易進行的復雜地區，只要能滿足RTK測量的基本條件，它都能夠輕松地進行快速的測量和放樣。

2）測量定位精度高，數據安全可靠，測站間無需通視，誤差相互獨立、不積累、不傳遞。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能快速的、高精度定位。只要能滿足RTK測量的基本要求，在規定的作業半徑范圍內，RTK測量的精度能達到厘米級。傳統的作業方法在進行測量和放樣時需要逐級進行設站，造成誤差傳遞、累積，采用RTK進行測量，由于精度比較均勻，因此其誤差相互獨立，不會積累也不存在傳遞。

3）綜合測繪能力強，集成化、自動化程度高、數據處理能力強，易實現自動化。基準站能夠為不同用戶提供多項信息輸出，流動站利用內置軟件控制系統，在作業時，無需人工干預便可進行整周未知數的動態初始化解算，使輔助測量工作極大減少，作業精度也自動控制和記錄，從而使自動化作業指揮系統的建立成為可能。由于RTK系統內集成了強大的測量和放樣功能，工作十分方便，觀測過程中衛星數，PDOP（點位精度衰減因子）值，模糊值固定狀況，點位精度情況等均可在手簿上顯示出來，一目了然；測量坐標、高程等隨時可以調出來使用；數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強、能方便地與計算機連接和通訊。此外，手簿內還集成了一些測量小工具，使用起來較為方便。

4）攜帶方便，操作簡單，對作業條件要求不高，數據傳輸、處理、存儲能力強，與計算機、全站儀等測量儀器通信方便。

5）作業人員少，節約人力，定位速度快，縮短周期，工作效率高，綜合效益高。RTK流動站測量工作，大多數情況下只需要一人進行操作，而且幾秒鐘即可完成一個點的測量工作，作業速度快，大大節省了工作時間和生產費用，提高工作效率。

3 RTK工作原理

RTK其組成將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上，基準站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛星的流動站精化其GPS觀測值，從而得到經差分改正后流動站較準確的實時位置精密GPS定位均采用相對技術。無論是在幾點間進行同步觀測的后處理(RTK)，還是從基準站將改正值傳輸給流動站(DGPS)，這些都稱為相對技術，以采用值的類型為依據可分為4類：

（1）實時差分GPS，其精度為1m～3m；

（2）廣域實時差分GPS，其精度為1m～2m；

（3）精密時差分GPS，其精度為1cm～5cm；

（4）實時精密時差分GPS，其精度為1cm～3cm。

差分的數據類型有偽距差分、坐標差分和相位差分三類。前兩類定位誤差的相關性，會隨基準站與流動站的空間距離的增加而迅速降低。故RTK采用第三類方法。

4 RTK技術在新城礦山測量中的運用

4.1 大面積地形圖的測量

可完善坑內外對照圖，及時了解周邊區域地形因素，采用RTK技術（廣域實時差分GPS）對周圍做了大面積地形測圖工作，其中包含各土地使用類型及區域分割、區域道路分布、區域電力通訊設施、區域建筑物、村界分割區劃等。

4.2 工程施工放樣

為改善深部通風環境，新建一條主回風井，其設計位置確定后由運營管理部與項目部合作完成其現場實地放樣工作。鑒于其周邊沒有布設控制點，決定采用RTK技術進行施工放樣。首先將設計區域邊界點的坐標信息輸入到RTK工作手簿中進行現場放樣，放樣結束后再經過精確測量其實際面積為9.98畝未超出征地上限面積（10畝），且最大化的提高征地區域。經現場測算、上圖比對研究發現其井筒中心位置可以適當西移以減少井下通風巷道施工量，最終按照現場位置與設計位置敲定了我礦主回風井地面位置，此項改動僅在-630中段便可減少通風巷道40余米，總體工程可節約建設成本100余萬元。

項目實施情況總結：

1）RTK減少了設站次數與所需控制點數量，作業效率高。在一般的地形地勢下，高質量的RTK設站一次即可測完4km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和設置儀器的“搬站”次數。

2）RTK僅需一人操作，在一般的電磁波環境下幾秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。

3）RTK定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足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。

4）降低了作業條件要求。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”，因此和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小，在傳統測量看來由于地形復雜，地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的測量。

5 總結

RTK技術以其定位精度高且均勻、觀測時間短、可實時提供三維坐標、操作簡便、可以全天候作業等特點，在測量工作中大大提高了工作效率，減輕了勞動強度，越來越受到人們的青睞。運用GPSRTK技術測量得到的三維坐標數據形成了相應的電子文件，這些數據便于保存并且能夠方便建立工程管理數據庫攻其他工便于保存和進行數據分析。