GPS—RTK在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用

董會(huì)鵬

摘要：近年來，我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，其中GPS測(cè)量技術(shù)改進(jìn)不斷深入，在地形測(cè)量、煤礦、土地調(diào)查、線路測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。GPS-RTX是一種新興的礦區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)的測(cè)量產(chǎn)品，高精度GPS，實(shí)時(shí)差分解算，可獲取厘米級(jí)的進(jìn)度，不僅大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，還降低了測(cè)量工作人員的工作強(qiáng)度，提高了測(cè)量工作的效率，為相關(guān)企業(yè)減少了大量的成本投入。筆者就GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站放樣工作中的優(yōu)勢(shì)，從而使該技術(shù)更高的滿足山區(qū)煤礦測(cè)量精度的需求。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 山區(qū)煤礦 測(cè)繪與測(cè)設(shè)

0 引言

GPS-RTK技術(shù)因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量工作中顯示出了巨大的潛力和廣闊的前景。山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，且礦區(qū)范圍內(nèi)各種沉陷造成地面測(cè)量控制點(diǎn)破壞等情況，使得傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)難以滿足該環(huán)境測(cè)量工作的需求，必須尋求一種高效、簡(jiǎn)便、快速的測(cè)量手段和技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，以便更好的滿足礦山的測(cè)量要求。GPS-RTK，這種全新的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足與缺陷。利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，能在環(huán)境比較惡劣的條件下，實(shí)行全天候厘米級(jí)的定位活動(dòng)，大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，降低了測(cè)量工作人員的強(qiáng)度，能取得較好的應(yīng)用效果。

1 GPS-RTK技術(shù)的概述

1.1 GPS-RTK的組成

RTK測(cè)量系統(tǒng)主要包括GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

①GPS接收設(shè)備。為提升GPS-RTK測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，更加準(zhǔn)確快速地解算整周未知數(shù)，可以在用戶站和基準(zhǔn)站上安裝雙頻GPS接收機(jī)。基準(zhǔn)站在為多個(gè)用戶站提供服務(wù)時(shí)，接收機(jī)的采樣率與用戶接收機(jī)的最高采樣率必須保持一致。

②數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，也稱為數(shù)據(jù)鏈，主要包括基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射電臺(tái)和用戶設(shè)備的接收機(jī)，兩者工作的頻率與功率與基準(zhǔn)站和用戶站的距離、環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳輸速度密切相關(guān)。

③軟件系統(tǒng)。該技術(shù)支持動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對(duì)提高實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性、準(zhǔn)確性具有顯著的效果。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

①GPS-RTK技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，且放樣精度能達(dá)到厘米級(jí)別，這是一般測(cè)量設(shè)備無可比擬的。

②據(jù)相關(guān)資料對(duì)比分析，GPS-RTK技術(shù)測(cè)量效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK測(cè)量作業(yè)的效率。GPS-RTK技術(shù)測(cè)量過程，投入的設(shè)備和人力較少，一般測(cè)量技術(shù)需要的成本投入是該技術(shù)的2-4倍左右。

③GPS-RTK技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是快速解算載波的整周未知數(shù)，提高了測(cè)量的快速性和精度，且在遇到障礙物失鎖也可以準(zhǔn)確的捕獲衛(wèi)星，并在最快的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)測(cè)量。GPS-RTK在惡劣的環(huán)境下，也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，這是一般測(cè)量手段所不能及的。

④在所有設(shè)備和基站完成設(shè)置后，整個(gè)系統(tǒng)僅用一人操作即可，也可同時(shí)設(shè)置幾個(gè)流動(dòng)站，提高測(cè)量效率。由于基站和移動(dòng)站之間不需要通視，觀測(cè)距離遠(yuǎn)，可全天24h進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。經(jīng)大量實(shí)踐證明，GPS-RTK技術(shù)測(cè)量精度主要取決于RTK設(shè)備、GPS系統(tǒng)、使用方法與水平等，只有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，才能確保測(cè)量的質(zhì)量和精度。

1.3 GPS-RTK工作原理

GPS測(cè)量技術(shù)工作原理是：該技術(shù)至少要使用2臺(tái)GPS接收機(jī)，即流動(dòng)站和基準(zhǔn)站，并且必須確保兩者同時(shí)工作。利用載波相位差分技術(shù)對(duì)這兩個(gè)測(cè)站的載波相位觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)差分處理。RTK定位技術(shù)主要是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，能實(shí)時(shí)提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度測(cè)量。基準(zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個(gè)固定未知或者已知點(diǎn)上，對(duì)可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過串行端口將數(shù)據(jù)傳送至無線電發(fā)射臺(tái)，發(fā)射臺(tái)進(jìn)行廣播，流動(dòng)站接受來自基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)信息，電臺(tái)接收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)由串口轉(zhuǎn)往流動(dòng)站接收機(jī)。同時(shí)，流動(dòng)站GPS接收機(jī)開始采集本機(jī)原始數(shù)據(jù)，將來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，計(jì)算出兩個(gè)接收機(jī)之間厘米級(jí)的基線向量。最后流動(dòng)站接收機(jī)通過基準(zhǔn)站位置和基線向量對(duì)流動(dòng)站坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。通過GPS-RTK技術(shù)測(cè)量作業(yè)，能在測(cè)量區(qū)域又快又準(zhǔn)確的定位測(cè)量、放樣以及地形測(cè)量等其他測(cè)量工作，大大提高了測(cè)量工作的效率。

2 GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用

2.1 山區(qū)煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的建立與使用

由于一般測(cè)量要求控制點(diǎn)之間相互通視，作業(yè)流程較為復(fù)雜，測(cè)量精度不均勻，作業(yè)中也無法確定測(cè)量的成果精度。通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，不僅能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的明確定位結(jié)果，還能了解到定位精度，大大提高了測(cè)量作業(yè)的效率。在某山區(qū)煤礦區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，由于該地地形地貌復(fù)雜，部門區(qū)域和方向有遮擋，測(cè)區(qū)內(nèi)原有的坐標(biāo)系有2個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)礦區(qū)實(shí)際測(cè)量需要，應(yīng)均勻的加密7個(gè)控制點(diǎn)，點(diǎn)位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)精度的要求。因此運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)對(duì)礦區(qū)控制點(diǎn)的建立與使用，不但能提高測(cè)量的精度，而且快捷方便、省時(shí)省力。

2.2 求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對(duì)山區(qū)煤礦進(jìn)行測(cè)繪與測(cè)設(shè)，往往需要將GPS接收機(jī)中原始大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，就必須先對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要是根據(jù)至少3個(gè)已知高精度控制點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值，即X、Y、H。由于已知控制點(diǎn)都是均勻的分布在測(cè)區(qū)上，可以在某山區(qū)煤礦測(cè)區(qū)內(nèi)選擇4個(gè)已知GPS控制點(diǎn)，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4個(gè)已知GPS控制點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)

■

利用RTK系統(tǒng)中隨機(jī)軟件求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中旋轉(zhuǎn)度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程參數(shù)：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。

2.3 GPS-RTK移動(dòng)觀測(cè)站的測(cè)點(diǎn)放樣

在山區(qū)煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站中，由于地形地貌較為復(fù)雜，運(yùn)用GPS-RTK對(duì)其觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行放樣，能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足。放樣過程中，只需要將測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)輸入到GPS-RTK手簿中，在礦區(qū)已知點(diǎn)上架基準(zhǔn)站，根據(jù)手簿的提升與指導(dǎo)，迅速定位觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)地位置。如果其實(shí)地位置在河水中或者懸崖邊上，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將其遷移到合適地方，重新記錄設(shè)計(jì)點(diǎn)與新點(diǎn)的位置，從而為觀測(cè)站的重新設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。

2.4 GPS-RTK在山區(qū)煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站的觀測(cè)

處于山區(qū)的煤礦，由于衛(wèi)星信號(hào)失鎖，無法進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)測(cè)量，那可以引入“全站儀”對(duì)GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行幫助，其工作原理如圖1所示。當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)a處于通視困難區(qū)域時(shí)，采用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量無法滿足精度要求，而b、c兩點(diǎn)處于寬闊地帶，是GPS-RTK實(shí)施測(cè)量的點(diǎn)位，其測(cè)量精度能滿足要求。因此可以先運(yùn)用GPS-RTK將b、c作為控制點(diǎn)，在b點(diǎn)安裝全站儀，后視Ⅲ點(diǎn)定向，利用極坐標(biāo)法進(jìn)行a坐標(biāo)的測(cè)量。

3 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的今天，GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量工作中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。通過對(duì)該技術(shù)的逐步完善，GPS-RTK能實(shí)時(shí)確定出空間三維坐標(biāo)，滿足煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的布設(shè)以及礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)要求，徹底改變礦山傳統(tǒng)測(cè)量模式，提高山區(qū)煤礦測(cè)繪和測(cè)設(shè)工作效率，降低工作人員工作強(qiáng)度，促進(jìn)我國(guó)測(cè)量技術(shù)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹淮新.GPS-RTK技術(shù)在阿勒安道煤礦地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].煤，2011，20（4）.

[2]毛開森.GPS RTK技術(shù)在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2009（4）.

[3]韓景民.GPS-RTK技術(shù)在煤礦地表測(cè)量中的精度比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（32）.endprint

摘要：近年來，我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，其中GPS測(cè)量技術(shù)改進(jìn)不斷深入，在地形測(cè)量、煤礦、土地調(diào)查、線路測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。GPS-RTX是一種新興的礦區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)的測(cè)量產(chǎn)品，高精度GPS，實(shí)時(shí)差分解算，可獲取厘米級(jí)的進(jìn)度，不僅大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，還降低了測(cè)量工作人員的工作強(qiáng)度，提高了測(cè)量工作的效率，為相關(guān)企業(yè)減少了大量的成本投入。筆者就GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站放樣工作中的優(yōu)勢(shì)，從而使該技術(shù)更高的滿足山區(qū)煤礦測(cè)量精度的需求。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 山區(qū)煤礦 測(cè)繪與測(cè)設(shè)

0 引言

GPS-RTK技術(shù)因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量工作中顯示出了巨大的潛力和廣闊的前景。山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，且礦區(qū)范圍內(nèi)各種沉陷造成地面測(cè)量控制點(diǎn)破壞等情況，使得傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)難以滿足該環(huán)境測(cè)量工作的需求，必須尋求一種高效、簡(jiǎn)便、快速的測(cè)量手段和技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，以便更好的滿足礦山的測(cè)量要求。GPS-RTK，這種全新的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足與缺陷。利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，能在環(huán)境比較惡劣的條件下，實(shí)行全天候厘米級(jí)的定位活動(dòng)，大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，降低了測(cè)量工作人員的強(qiáng)度，能取得較好的應(yīng)用效果。

1 GPS-RTK技術(shù)的概述

1.1 GPS-RTK的組成

RTK測(cè)量系統(tǒng)主要包括GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

①GPS接收設(shè)備。為提升GPS-RTK測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，更加準(zhǔn)確快速地解算整周未知數(shù)，可以在用戶站和基準(zhǔn)站上安裝雙頻GPS接收機(jī)。基準(zhǔn)站在為多個(gè)用戶站提供服務(wù)時(shí)，接收機(jī)的采樣率與用戶接收機(jī)的最高采樣率必須保持一致。

②數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，也稱為數(shù)據(jù)鏈，主要包括基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射電臺(tái)和用戶設(shè)備的接收機(jī)，兩者工作的頻率與功率與基準(zhǔn)站和用戶站的距離、環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳輸速度密切相關(guān)。

③軟件系統(tǒng)。該技術(shù)支持動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對(duì)提高實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性、準(zhǔn)確性具有顯著的效果。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

①GPS-RTK技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，且放樣精度能達(dá)到厘米級(jí)別，這是一般測(cè)量設(shè)備無可比擬的。

②據(jù)相關(guān)資料對(duì)比分析，GPS-RTK技術(shù)測(cè)量效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK測(cè)量作業(yè)的效率。GPS-RTK技術(shù)測(cè)量過程，投入的設(shè)備和人力較少，一般測(cè)量技術(shù)需要的成本投入是該技術(shù)的2-4倍左右。

③GPS-RTK技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是快速解算載波的整周未知數(shù)，提高了測(cè)量的快速性和精度，且在遇到障礙物失鎖也可以準(zhǔn)確的捕獲衛(wèi)星，并在最快的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)測(cè)量。GPS-RTK在惡劣的環(huán)境下，也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，這是一般測(cè)量手段所不能及的。

④在所有設(shè)備和基站完成設(shè)置后，整個(gè)系統(tǒng)僅用一人操作即可，也可同時(shí)設(shè)置幾個(gè)流動(dòng)站，提高測(cè)量效率。由于基站和移動(dòng)站之間不需要通視，觀測(cè)距離遠(yuǎn)，可全天24h進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。經(jīng)大量實(shí)踐證明，GPS-RTK技術(shù)測(cè)量精度主要取決于RTK設(shè)備、GPS系統(tǒng)、使用方法與水平等，只有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，才能確保測(cè)量的質(zhì)量和精度。

1.3 GPS-RTK工作原理

GPS測(cè)量技術(shù)工作原理是：該技術(shù)至少要使用2臺(tái)GPS接收機(jī)，即流動(dòng)站和基準(zhǔn)站，并且必須確保兩者同時(shí)工作。利用載波相位差分技術(shù)對(duì)這兩個(gè)測(cè)站的載波相位觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)差分處理。RTK定位技術(shù)主要是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，能實(shí)時(shí)提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度測(cè)量。基準(zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個(gè)固定未知或者已知點(diǎn)上，對(duì)可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過串行端口將數(shù)據(jù)傳送至無線電發(fā)射臺(tái)，發(fā)射臺(tái)進(jìn)行廣播，流動(dòng)站接受來自基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)信息，電臺(tái)接收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)由串口轉(zhuǎn)往流動(dòng)站接收機(jī)。同時(shí)，流動(dòng)站GPS接收機(jī)開始采集本機(jī)原始數(shù)據(jù)，將來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，計(jì)算出兩個(gè)接收機(jī)之間厘米級(jí)的基線向量。最后流動(dòng)站接收機(jī)通過基準(zhǔn)站位置和基線向量對(duì)流動(dòng)站坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。通過GPS-RTK技術(shù)測(cè)量作業(yè)，能在測(cè)量區(qū)域又快又準(zhǔn)確的定位測(cè)量、放樣以及地形測(cè)量等其他測(cè)量工作，大大提高了測(cè)量工作的效率。

2 GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用

2.1 山區(qū)煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的建立與使用

由于一般測(cè)量要求控制點(diǎn)之間相互通視，作業(yè)流程較為復(fù)雜，測(cè)量精度不均勻，作業(yè)中也無法確定測(cè)量的成果精度。通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，不僅能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的明確定位結(jié)果，還能了解到定位精度，大大提高了測(cè)量作業(yè)的效率。在某山區(qū)煤礦區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，由于該地地形地貌復(fù)雜，部門區(qū)域和方向有遮擋，測(cè)區(qū)內(nèi)原有的坐標(biāo)系有2個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)礦區(qū)實(shí)際測(cè)量需要，應(yīng)均勻的加密7個(gè)控制點(diǎn)，點(diǎn)位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)精度的要求。因此運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)對(duì)礦區(qū)控制點(diǎn)的建立與使用，不但能提高測(cè)量的精度，而且快捷方便、省時(shí)省力。

2.2 求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對(duì)山區(qū)煤礦進(jìn)行測(cè)繪與測(cè)設(shè)，往往需要將GPS接收機(jī)中原始大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，就必須先對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要是根據(jù)至少3個(gè)已知高精度控制點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值，即X、Y、H。由于已知控制點(diǎn)都是均勻的分布在測(cè)區(qū)上，可以在某山區(qū)煤礦測(cè)區(qū)內(nèi)選擇4個(gè)已知GPS控制點(diǎn)，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4個(gè)已知GPS控制點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)

■

利用RTK系統(tǒng)中隨機(jī)軟件求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中旋轉(zhuǎn)度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程參數(shù)：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。

2.3 GPS-RTK移動(dòng)觀測(cè)站的測(cè)點(diǎn)放樣

在山區(qū)煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站中，由于地形地貌較為復(fù)雜，運(yùn)用GPS-RTK對(duì)其觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行放樣，能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足。放樣過程中，只需要將測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)輸入到GPS-RTK手簿中，在礦區(qū)已知點(diǎn)上架基準(zhǔn)站，根據(jù)手簿的提升與指導(dǎo)，迅速定位觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)地位置。如果其實(shí)地位置在河水中或者懸崖邊上，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將其遷移到合適地方，重新記錄設(shè)計(jì)點(diǎn)與新點(diǎn)的位置，從而為觀測(cè)站的重新設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。

2.4 GPS-RTK在山區(qū)煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站的觀測(cè)

處于山區(qū)的煤礦，由于衛(wèi)星信號(hào)失鎖，無法進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)測(cè)量，那可以引入“全站儀”對(duì)GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行幫助，其工作原理如圖1所示。當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)a處于通視困難區(qū)域時(shí)，采用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量無法滿足精度要求，而b、c兩點(diǎn)處于寬闊地帶，是GPS-RTK實(shí)施測(cè)量的點(diǎn)位，其測(cè)量精度能滿足要求。因此可以先運(yùn)用GPS-RTK將b、c作為控制點(diǎn)，在b點(diǎn)安裝全站儀，后視Ⅲ點(diǎn)定向，利用極坐標(biāo)法進(jìn)行a坐標(biāo)的測(cè)量。

3 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的今天，GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量工作中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。通過對(duì)該技術(shù)的逐步完善，GPS-RTK能實(shí)時(shí)確定出空間三維坐標(biāo)，滿足煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的布設(shè)以及礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)要求，徹底改變礦山傳統(tǒng)測(cè)量模式，提高山區(qū)煤礦測(cè)繪和測(cè)設(shè)工作效率，降低工作人員工作強(qiáng)度，促進(jìn)我國(guó)測(cè)量技術(shù)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹淮新.GPS-RTK技術(shù)在阿勒安道煤礦地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].煤，2011，20（4）.

[2]毛開森.GPS RTK技術(shù)在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2009（4）.

[3]韓景民.GPS-RTK技術(shù)在煤礦地表測(cè)量中的精度比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（32）.endprint

摘要：近年來，我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，其中GPS測(cè)量技術(shù)改進(jìn)不斷深入，在地形測(cè)量、煤礦、土地調(diào)查、線路測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。GPS-RTX是一種新興的礦區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)的測(cè)量產(chǎn)品，高精度GPS，實(shí)時(shí)差分解算，可獲取厘米級(jí)的進(jìn)度，不僅大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，還降低了測(cè)量工作人員的工作強(qiáng)度，提高了測(cè)量工作的效率，為相關(guān)企業(yè)減少了大量的成本投入。筆者就GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站放樣工作中的優(yōu)勢(shì)，從而使該技術(shù)更高的滿足山區(qū)煤礦測(cè)量精度的需求。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 山區(qū)煤礦 測(cè)繪與測(cè)設(shè)

0 引言

GPS-RTK技術(shù)因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量工作中顯示出了巨大的潛力和廣闊的前景。山區(qū)地形地貌較為復(fù)雜，且礦區(qū)范圍內(nèi)各種沉陷造成地面測(cè)量控制點(diǎn)破壞等情況，使得傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)難以滿足該環(huán)境測(cè)量工作的需求，必須尋求一種高效、簡(jiǎn)便、快速的測(cè)量手段和技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，以便更好的滿足礦山的測(cè)量要求。GPS-RTK，這種全新的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足與缺陷。利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，能在環(huán)境比較惡劣的條件下，實(shí)行全天候厘米級(jí)的定位活動(dòng)，大大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度，降低了測(cè)量工作人員的強(qiáng)度，能取得較好的應(yīng)用效果。

1 GPS-RTK技術(shù)的概述

1.1 GPS-RTK的組成

RTK測(cè)量系統(tǒng)主要包括GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

①GPS接收設(shè)備。為提升GPS-RTK測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，更加準(zhǔn)確快速地解算整周未知數(shù)，可以在用戶站和基準(zhǔn)站上安裝雙頻GPS接收機(jī)。基準(zhǔn)站在為多個(gè)用戶站提供服務(wù)時(shí)，接收機(jī)的采樣率與用戶接收機(jī)的最高采樣率必須保持一致。

②數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，也稱為數(shù)據(jù)鏈，主要包括基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射電臺(tái)和用戶設(shè)備的接收機(jī)，兩者工作的頻率與功率與基準(zhǔn)站和用戶站的距離、環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳輸速度密切相關(guān)。

③軟件系統(tǒng)。該技術(shù)支持動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對(duì)提高實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性、準(zhǔn)確性具有顯著的效果。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

①GPS-RTK技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，且放樣精度能達(dá)到厘米級(jí)別，這是一般測(cè)量設(shè)備無可比擬的。

②據(jù)相關(guān)資料對(duì)比分析，GPS-RTK技術(shù)測(cè)量效率是傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK測(cè)量作業(yè)的效率。GPS-RTK技術(shù)測(cè)量過程，投入的設(shè)備和人力較少，一般測(cè)量技術(shù)需要的成本投入是該技術(shù)的2-4倍左右。

③GPS-RTK技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是快速解算載波的整周未知數(shù)，提高了測(cè)量的快速性和精度，且在遇到障礙物失鎖也可以準(zhǔn)確的捕獲衛(wèi)星，并在最快的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)測(cè)量。GPS-RTK在惡劣的環(huán)境下，也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，這是一般測(cè)量手段所不能及的。

④在所有設(shè)備和基站完成設(shè)置后，整個(gè)系統(tǒng)僅用一人操作即可，也可同時(shí)設(shè)置幾個(gè)流動(dòng)站，提高測(cè)量效率。由于基站和移動(dòng)站之間不需要通視，觀測(cè)距離遠(yuǎn)，可全天24h進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。經(jīng)大量實(shí)踐證明，GPS-RTK技術(shù)測(cè)量精度主要取決于RTK設(shè)備、GPS系統(tǒng)、使用方法與水平等，只有嚴(yán)格按照規(guī)范操作，才能確保測(cè)量的質(zhì)量和精度。

1.3 GPS-RTK工作原理

GPS測(cè)量技術(shù)工作原理是：該技術(shù)至少要使用2臺(tái)GPS接收機(jī)，即流動(dòng)站和基準(zhǔn)站，并且必須確保兩者同時(shí)工作。利用載波相位差分技術(shù)對(duì)這兩個(gè)測(cè)站的載波相位觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)差分處理。RTK定位技術(shù)主要是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，能實(shí)時(shí)提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度測(cè)量。基準(zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個(gè)固定未知或者已知點(diǎn)上，對(duì)可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過串行端口將數(shù)據(jù)傳送至無線電發(fā)射臺(tái)，發(fā)射臺(tái)進(jìn)行廣播，流動(dòng)站接受來自基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)信息，電臺(tái)接收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)由串口轉(zhuǎn)往流動(dòng)站接收機(jī)。同時(shí)，流動(dòng)站GPS接收機(jī)開始采集本機(jī)原始數(shù)據(jù)，將來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，計(jì)算出兩個(gè)接收機(jī)之間厘米級(jí)的基線向量。最后流動(dòng)站接收機(jī)通過基準(zhǔn)站位置和基線向量對(duì)流動(dòng)站坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。通過GPS-RTK技術(shù)測(cè)量作業(yè)，能在測(cè)量區(qū)域又快又準(zhǔn)確的定位測(cè)量、放樣以及地形測(cè)量等其他測(cè)量工作，大大提高了測(cè)量工作的效率。

2 GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)煤礦測(cè)繪與測(cè)設(shè)中的應(yīng)用

2.1 山區(qū)煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的建立與使用

由于一般測(cè)量要求控制點(diǎn)之間相互通視，作業(yè)流程較為復(fù)雜，測(cè)量精度不均勻，作業(yè)中也無法確定測(cè)量的成果精度。通過GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，不僅能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的明確定位結(jié)果，還能了解到定位精度，大大提高了測(cè)量作業(yè)的效率。在某山區(qū)煤礦區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，由于該地地形地貌復(fù)雜，部門區(qū)域和方向有遮擋，測(cè)區(qū)內(nèi)原有的坐標(biāo)系有2個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)礦區(qū)實(shí)際測(cè)量需要，應(yīng)均勻的加密7個(gè)控制點(diǎn)，點(diǎn)位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的滿足礦區(qū)加密施工控制網(wǎng)精度的要求。因此運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)對(duì)礦區(qū)控制點(diǎn)的建立與使用，不但能提高測(cè)量的精度，而且快捷方便、省時(shí)省力。

2.2 求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對(duì)山區(qū)煤礦進(jìn)行測(cè)繪與測(cè)設(shè)，往往需要將GPS接收機(jī)中原始大地坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，就必須先對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要是根據(jù)至少3個(gè)已知高精度控制點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值，即X、Y、H。由于已知控制點(diǎn)都是均勻的分布在測(cè)區(qū)上，可以在某山區(qū)煤礦測(cè)區(qū)內(nèi)選擇4個(gè)已知GPS控制點(diǎn)，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4個(gè)已知GPS控制點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)

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利用RTK系統(tǒng)中隨機(jī)軟件求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中旋轉(zhuǎn)度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程參數(shù)：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。

2.3 GPS-RTK移動(dòng)觀測(cè)站的測(cè)點(diǎn)放樣

在山區(qū)煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站中，由于地形地貌較為復(fù)雜，運(yùn)用GPS-RTK對(duì)其觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行放樣，能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足。放樣過程中，只需要將測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)輸入到GPS-RTK手簿中，在礦區(qū)已知點(diǎn)上架基準(zhǔn)站，根據(jù)手簿的提升與指導(dǎo)，迅速定位觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)地位置。如果其實(shí)地位置在河水中或者懸崖邊上，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并將其遷移到合適地方，重新記錄設(shè)計(jì)點(diǎn)與新點(diǎn)的位置，從而為觀測(cè)站的重新設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。

2.4 GPS-RTK在山區(qū)煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)站的觀測(cè)

處于山區(qū)的煤礦，由于衛(wèi)星信號(hào)失鎖，無法進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)測(cè)量，那可以引入“全站儀”對(duì)GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行幫助，其工作原理如圖1所示。當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)a處于通視困難區(qū)域時(shí)，采用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量無法滿足精度要求，而b、c兩點(diǎn)處于寬闊地帶，是GPS-RTK實(shí)施測(cè)量的點(diǎn)位，其測(cè)量精度能滿足要求。因此可以先運(yùn)用GPS-RTK將b、c作為控制點(diǎn)，在b點(diǎn)安裝全站儀，后視Ⅲ點(diǎn)定向，利用極坐標(biāo)法進(jìn)行a坐標(biāo)的測(cè)量。

3 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的今天，GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量工作中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。通過對(duì)該技術(shù)的逐步完善，GPS-RTK能實(shí)時(shí)確定出空間三維坐標(biāo)，滿足煤礦區(qū)域控制網(wǎng)的布設(shè)以及礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)要求，徹底改變礦山傳統(tǒng)測(cè)量模式，提高山區(qū)煤礦測(cè)繪和測(cè)設(shè)工作效率，降低工作人員工作強(qiáng)度，促進(jìn)我國(guó)測(cè)量技術(shù)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹淮新.GPS-RTK技術(shù)在阿勒安道煤礦地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].煤，2011，20（4）.

[2]毛開森.GPS RTK技術(shù)在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2009（4）.

[3]韓景民.GPS-RTK技術(shù)在煤礦地表測(cè)量中的精度比較[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（32）.endprint