探討GPS—RTK技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

摘要：隨著礦山開(kāi)采力度的不斷加大，復(fù)雜地形下礦山開(kāi)采的需求也不斷升高，采用GPS-RTK技術(shù)可將其優(yōu)勢(shì)發(fā)揮在其中，使礦山測(cè)繪工作達(dá)到高效、精確的特性，為礦山的開(kāi)采工作的安全性提供了更好的保障。本文首先對(duì)GPS-RTK技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，再?gòu)慕⒌V山控制網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)地面變形以及礦區(qū)工程的測(cè)量三個(gè)方面分析該技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用，最后探討GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪的種種優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù)；工作原理；礦山測(cè)繪；應(yīng)用；

中圖分類號(hào)： TD171 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 GPS-RTK技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1 GPS-RTK技術(shù)

GPS-RTK（Global Positioning System-Realtime Kinematic全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法）技術(shù)是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)量定位技術(shù)，運(yùn)用載波技術(shù)來(lái)獲得測(cè)量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)【1】。因此，RTS技術(shù)又可被稱為載波相位差分技術(shù)，它是基于載波相位的兩個(gè)測(cè)站進(jìn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量，可通過(guò)提供的觀測(cè)點(diǎn)建立三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精確數(shù)據(jù)。這種技術(shù)不受天氣影響的特性，可進(jìn)行全天觀測(cè)。在進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀測(cè)時(shí)不需要通視，投入較小的人力和物力。與傳統(tǒng)的GPS測(cè)量技術(shù)相比，具有更快的處理效率，更短的測(cè)量時(shí)間以及更可靠的數(shù)據(jù)處理【2】。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

（1）GPS接收機(jī)

通過(guò)GPS-RTK技術(shù)測(cè)量的數(shù)據(jù)具有精確到厘米級(jí)的特性，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，可使用雙頻觀測(cè)。在基準(zhǔn)站與流動(dòng)站均使用雙頻GPS接收機(jī)的設(shè)備，從而保證基準(zhǔn)站的采樣率與流動(dòng)站的采樣率保持一致。

（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

由基準(zhǔn)站發(fā)射無(wú)線電的裝置以及有流動(dòng)站接受無(wú)線電的裝置共同組成了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并根據(jù)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離、數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约爸苓叺沫h(huán)境情況來(lái)選擇發(fā)射和接受裝置的功率與頻率。

（3）軟件處理系統(tǒng)

GPS-RTK技術(shù)的軟件處理系統(tǒng)具有高效的數(shù)據(jù)處理能力，將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的比較和處理，確保了數(shù)據(jù)的精確性和可靠性。

1.3 GPS-RTK技術(shù)的工作原理

采用不低于兩臺(tái)GPS接收設(shè)備的裝置進(jìn)行同時(shí)工作。首先將GPS接收機(jī)安裝在基準(zhǔn)站的一個(gè)固定點(diǎn)上，對(duì)來(lái)自于衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行接收；再將原始數(shù)據(jù)由串行口傳達(dá)到無(wú)線電發(fā)射裝置中，封裝后將其廣播；廣播后的原始數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由流動(dòng)站的無(wú)線電接收裝置進(jìn)行接收并解包，再經(jīng)串行口傳達(dá)到流動(dòng)站的GPS接收機(jī)中。與此同時(shí)，流動(dòng)站的GPS接收機(jī)也會(huì)采集當(dāng)?shù)赜^測(cè)位置的原始數(shù)據(jù)，由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站觀測(cè)的原始數(shù)據(jù)均會(huì)聚集在流動(dòng)站GPS接收機(jī)中，然后由軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理。通過(guò)計(jì)算基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的基線向量得出具體的方位坐標(biāo)。將多次測(cè)量并處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總即可描繪出高精度的測(cè)量區(qū)域。

2 GPS-RTK技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1建立礦山的控制網(wǎng)絡(luò)

在進(jìn)行測(cè)繪工作時(shí)具有多種難以預(yù)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)因素存在。若采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行礦山的測(cè)繪，可詳細(xì)記錄礦山所在地的所有情況。根據(jù)實(shí)際測(cè)量所覆蓋的范圍，可以對(duì)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的搭建位置進(jìn)行合理的選擇，原則上應(yīng)覆蓋整個(gè)礦區(qū)。在實(shí)際工作中可設(shè)計(jì)最合理的方案選用最少的基準(zhǔn)站。通過(guò)礦區(qū)內(nèi)均勻布置的數(shù)據(jù)接收點(diǎn)形成測(cè)量的控制網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)計(jì)算平差來(lái)控制每個(gè)數(shù)據(jù)接收點(diǎn)的精確性，以此達(dá)到礦山測(cè)量的要求。

2.2監(jiān)測(cè)礦山的地面變形

礦山地面的凹凸變形會(huì)直接影響礦區(qū)開(kāi)采的安全性，為了避免這一因素帶來(lái)的巨大損失，可通過(guò)礦山數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。GPS-RTK技術(shù)可不受天氣的影響進(jìn)行全天工作，因此可以很方便的觀測(cè)不同時(shí)間下測(cè)量地帶所產(chǎn)生的水平和高度位移。通過(guò)軟件處理系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)與之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算得出精確的地面水平位移和下沉距離。

2.3礦區(qū)工程的測(cè)量

GPS-RTK技術(shù)也可用于礦區(qū)工程的測(cè)量，在實(shí)施礦山的開(kāi)采工作時(shí)，往往需要多項(xiàng)數(shù)據(jù)的精確參數(shù)。例如采煤地面的截面圖、地面沉陷積水面積等，這些數(shù)據(jù)的精確性直接影響著礦山開(kāi)采的安全性和高效性。通過(guò)GPS-RTK技術(shù)的測(cè)量可以精確的描繪出礦區(qū)工程的詳細(xì)三維地貌，從而可以得到礦山開(kāi)采工程中的所有具體參數(shù)，在保障工程要求的同時(shí)進(jìn)行高效的開(kāi)采作業(yè)。

3 GPS-RTK技術(shù)在礦山測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)

3.1高效率

傳統(tǒng)的GPS測(cè)量法是一種靜態(tài)的測(cè)量技術(shù)，在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中常會(huì)用到較多的工作儀器，同時(shí)具有較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)反饋時(shí)間，最后經(jīng)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)結(jié)果還須經(jīng)計(jì)算機(jī)解析，從而帶來(lái)了測(cè)量的低效性。而GPS-RTK技術(shù)只需要在礦山搭建幾處基準(zhǔn)站點(diǎn)和流動(dòng)站點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間比較迅速，僅需幾秒即可在普通的電磁環(huán)境下獲得一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。由于RTK技術(shù)本身具備數(shù)據(jù)處理的功能，測(cè)量時(shí)無(wú)需專門納入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，節(jié)省了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。一般情況下，僅需在4千米為半徑的測(cè)區(qū)內(nèi)建立幾處站點(diǎn)即可完成精確的測(cè)量。這種技術(shù)無(wú)需進(jìn)行多次“搬站”，所需工作人員也不多，因此完美的克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺陷。從以上幾處分析可知，GPS-RTK技術(shù)具有較高的工作效率。

3.2定位精準(zhǔn)

GPS-RTK技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)的處理安全可靠，在實(shí)際測(cè)量工作中將平面和高程均精確到厘米級(jí)，未出現(xiàn)誤差的積累情況。

3.3操作簡(jiǎn)單

礦山測(cè)量若采用GPS-RTK技術(shù)，只需進(jìn)行測(cè)量站點(diǎn)的搭建以及站點(diǎn)的簡(jiǎn)單設(shè)置等程序。GPS-RTK技術(shù)具有高效的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理以及輸出等功能，同時(shí)該系統(tǒng)可與其他測(cè)量?jī)x器和計(jì)算機(jī)擁有較便捷的通信功能，測(cè)繪人員調(diào)制好站點(diǎn)的基本設(shè)置后即可邊走邊獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

3.4自動(dòng)化處理

在使用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行礦山的測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理，無(wú)需大量的人力干預(yù)來(lái)完成完整的測(cè)量工作。因此GPS-RTK技術(shù)可減少人力的投入，從而有效的控制人為操作中出現(xiàn)的測(cè)量誤差，也可簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理流程，具有高度集成化的特性。

結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，GPS-RTK技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。這種技術(shù)的運(yùn)用為我國(guó)測(cè)繪業(yè)帶來(lái)了巨大的變化，具有重要的意義。GPS-RTK技術(shù)通過(guò)精確的數(shù)據(jù)觀測(cè)和詳細(xì)的三維繪圖可應(yīng)用于礦山的測(cè)繪，建立高效的數(shù)據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)，同對(duì)地面的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督和控制，同時(shí)為礦區(qū)工程進(jìn)行精確的測(cè)量。GPS-RTK技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用可以使目前的測(cè)繪業(yè)具有高效率、低投入、高精確等優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)能源的開(kāi)采作出了巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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