試論GPS-PTK技術在礦山測量中的應用

高紅光

(陜西陜煤澄合礦業公司王村煤礦斜井,陜西渭南 715200)

試論GPS-PTK技術在礦山測量中的應用

高紅光

(陜西陜煤澄合礦業公司王村煤礦斜井,陜西渭南 715200)

隨著測量技術的飛速發展,在礦山測量工作中使用的軟硬件都有了較大的提高。GPS-RTK技術有作業效率高、定位精度高、集成化程度高、操作簡便、作業故障率低等優點,具有較強的應用性,因此該技術在礦山測量中起到了不可替代的作用。本文探討了GPS-RTK測量技術的一些特點及其在礦山測量中的應用。

GPS-RTK技術 礦山測量 應用 工作原理

1 引言

測量工作對于礦山具有至關重要的作用，是礦山建設和礦山生產的重要的必須的環節，礦區地形圖、礦區測量控制網、礦區規劃及廠房基礎建設等都需要進行大量的測繪工作。隨著科學技術的不斷進步，測量工具的使用、測量方法的應用也在不斷發展進步。因大多礦山地形較為復雜，用傳統的測量手段、測量方法測量需要大量的時間，且工作量也會很大，難以保證測量精度。GPS-RTK技術不受一般光學測量儀器所需要的通視限制，同時測量的基線長度也不受通視距離的限制，較傳統測量方法其測量速度更快、精度更高。隨著全球定位系統技術的發展，GPS-RTK技術在礦山控制測量領域得到了越來越廣泛的應用。

2 GPS-RTK技術的構成及工作原理

2.1 GPS-RTK系統的構成

GPS-RTK測量系統主要由GPS接收設備、數據傳輸系統和軟件應用系統等三大部分構成:(1)GPS接收設備。由于采用雙頻觀測值方法進行測量，不僅可以保障測量的準確性，同時也更利于快速準確地解算整周未知數，因此在基準站、用戶站分別設置雙頻GPS接收機，如果基準站服務于多個客戶，那么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。數據傳輸設備也稱為數據鏈，包括基準站中無線電的發射電臺、用戶設備接收機等。

(3)軟件應用系統。采取軟件應用系統，發揮實時動態測量軟件的功能與質量，對于保障實時動態測量的可行性，具有決定性意義。有固定的軟件程序作支撐，能夠選擇靜態、動態、實時動態等分析模式，可以對計算結果進行一致性檢驗和分析評價，有利于提高測量結果的可靠性和精確性。

2.2 GPS-RTK技術的工作原理

GPS-RTK技術需要配備基準站和流動站，其系統主要由基準站、流動站(一個或多個)、數據鏈等三部分組成。其工作原理是將一臺接收機放置于基準站上，另外的接收機(一個或多個)放置于流動載體上(稱為流動站)，基準站和流動站同時接收同一時間的GPS衛星信號。基準站設在具有已知坐標的高等級控制點上，連續接收衛星信號，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。基準站通過預定方式將測量數據通過數據傳輸設備(數據鏈)發送給流動站，流動站在跟蹤采集GPS衛星數據的同時也會接收基準站傳輸給它的數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，從而得到經差分改正后流動站與基準站之間的三維坐標增量△X、△Y、△Z，由此能較準確的計算流動站的實時坐標位置。

3 GPS技術的優缺點分析

3.1 GPS-RTK技術的優點

首先，傳統的測量手段、方法，在測量過程中容易受到地形、氣候、季節等諸多因素的影響，在氣候環境差能見度低的時候，甚至無法正常開展測量作業。而運用GPS-RTK技術可以大大降低不利因素帶來的影響，能更好的保證測量精度，大大提升測量作業的速度。在通常情況下，GPS-RTK設站一次即可測完5000m半徑區域的測量工作，在此范圍內不需要分級布置測量網，大大的提高了礦山測量的工作效率，能有效的減輕測量人員的工作強度，節約工作時間。GPS-RTK技術定位精度高，數據可靠安全，沒有累計誤差，測量站之間不需要通視。因此，在沒有測定已知基準點或者測定的基準點已被一些因素破壞等控制點不足的地區，以及由于復雜的地形、存在障礙等而造成通視困難的地區，GPS-RTK測量技術更能發揮其精度高、速度快的優勢。

其次，GPS-RTK測量技術的綜合測繪能力強，作業集成度高，容易實現自動化測量作業，可勝任各種測量工作。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應用系統，在作業時自動生成整周未知數的動態初始化解算，作業精度高，且能進行自動控制和記錄。另外，無論白天還是黑夜都不受外界天氣、氣候、壞境的影響可以連續的24小時不間斷作業，從而建立起整個自動化作業指揮系統，具有超強的工作效率。GPS-RTK測量技術的數據傳輸、數據處理、數據存儲的能力強，不需要投入太多人力物力，作業故障率低，可以大大的節省各種成本投入。此外，流動觀測可以擴大儀器的使用范圍，不需要測站間相互通視，也節省了建立測量控制網的成本投入。

最后，GPS-RTK技術操作簡便，對作業條件要求不高，與計算機、全站儀等測量儀器通信方便。其作業操作人員少，GPS接收機僅需一個人操作，等待時間短，定位速度快，外業效率高，內業便于計算機處理，因此節省了測量工作時間和人力投入，能大大提高企業的綜合效益高。

3.2 GPS-RTK技術的缺點

GPS-RTK技術各觀測點都是獨立進行測定工作，難以判斷儀器是否處于正常狀態以及觀測的數據是否準確。因此，在觀測前必須要對儀器進行校驗，將測定值與已知值進行對比以確定參數設置是否正確，檢查數據鏈是否暢通，測量中需要時刻關注儀器的狀態。采用GPS-RTK作業時有時需要經常重新初始化，這樣測量的精度和效率都受影響。

由于GPS-RTK技術較容易受衛星狀況、天氣情況、數據鏈傳輸狀態的影響，從而使得GPS-RTK技術不能做到100%的可靠，在穩定性方面不及全站儀。另外，因RTK耗電量較大，容易出現電量不足的情況。所以需要多個大容量電池才能保證測量工作的連續性，因此，在沒有電力供應的偏遠作業區時將會受到限制。

4 GPS-RTK技術在礦山測量中的應用

4.1 GPS-RTK技術用于礦山測量控制網的建立

傳統的控制測量方法要求控制點之間必須相互通視，而礦山測量中因為地形條件無法形成相互通視，其傳統的測量控制方法作業工序較為復雜，外業中不知道測量成果的精度如何。而采用GPSRTK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，從而可以大大提高測量作業的效率。在精度方面，GPSRTK測量技術也完全能滿足礦山測量控制網的精度要求，應用GPS-RTK技術進行測量控制可達“cm”級的精度。因此，GPS-RTK技術運用于礦山測量中控制網的布設，不但測量精度能夠達到規范的要求，而且快捷方便，省時省力。

4.2 GPS-RTK技術在礦山地形測繪中的應用

礦山測量工作者需要不斷地對礦區地形圖進行補測和修測并測繪大量的專用地籍圖、規劃地形圖，而RTK的技術給我們的測圖工作帶來很大的方便。礦山地形測圖通常是以控制點與加密圖中的控制點相結合，對控制點使用經緯儀測圖法或者是平板儀測圖法實施地形圖的測繪。近年來繪圖手段已經發展到了全站儀以及電子手薄的編碼方法，在使用測圖軟件來繪制地形圖，這種方式減少了人員的投入，只需要2到3人一起進行操作便可完成。應用GPS-RTK測量技術實施測圖，只要一人就可以完成測繪點上測量工作，專業測圖軟件的使用，可以自行的輸出所需地圖形貌特征，測量精度更能符合相關要求。用GPS-RTK測量技術對碎部點進行測定的過程中，各個要求點之間不需要互相通視，因而，能有效的提升測繪作業的準確性和高效率性。

4.3 GPS-RTK技術在礦山工程建設中的應用

礦山建設中的工程測量工作一直是礦山建設的重要內容，也是一直困擾著礦山工程測量人員的技術難題。因為，礦山大多是山地和丘陵地區，通視條件一般較差，傳統的測量方法測量手段沒法開展，因此，其測量精度和工作效率很難滿足礦山工程測量的要求。而GPS-RTK技術能很好的彌補上述在傳統測量方法中容易出現的效率和精度的不足，其在工程定位和工程放樣過程中非常方便，而且可以提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果。GPS-RTK測量技術比較廣泛的應用于礦山建設工程項目中，如:礦山開采沉陷地表巖移站觀測、土地勘測定界、地面建設工程測量、地面三維空間定位、開采災害防護與監測等，通過實測資料分析可以得到測點的水平移動變形數據等信息。GPS-RTK技術可用于動態測量礦區采煤地面沉陷積水面積，縱、橫斷面圖的測量以及鉆孔的放樣等其他很多礦山工程的控制測量工作。

5 結語

在科學技術飛速發展的今天，GPS-RTK測量技術給測繪工作帶來了革命性的變化。與傳統的觀測手段及方法相比較，GPS-RTK測量技術具有高度集成化、自動化等優點，適應礦山動態測量。GPS-RTK測量技術能夠實時完成較高的定位精度，進行遠距離的坐標測量，具有測量人員少，速度快，且其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。但是必須要有足夠的衛星數量支撐，且需要有穩健的數據鏈等外界條件。因此，有時會出現無法正常作業的情況，在礦山測量中顯得很突出，這就需要不斷的完善改進GPS-RTK技術，尋求更為先進的作業方式以能更好的服務于礦山測量。

[1]邵金強,羅斐.GPS-RTK技術在礦山測量中的應用[J].貴州地質,2007(4).

[2]周立.GPS RTK流動站誤差分析與對策[J].測繪工程,2006,15(5).

[3]喬水利.GPS—RTK在礦山測量中的應用研究[J].科技傳播,2011(1).

[4]郭達志.礦山測量的昨天、今天和明天[A].第七屆全國礦山測量學術會議論文集[C],2007.

[5]李東紅.RTK(GPS)定位技術在礦山測量中的應用[J].SCI.ENCE＆TECHN0L0GY INF0RMAT10N,2011(9).