露天礦山測量中GNSSRTK模式的應用研究

趙士恒

【摘 要】近年來，中國北斗衛(wèi)星和美國GPS衛(wèi)星空間定位技術發(fā)展迅速，依托空間定位的GNSS接收機已廣泛用于控制測量、航空遙感、土地資源調查、地質調查和地形地籍測量等各個測量領域。論文以露天礦山為例，簡要介紹了GNSS RTK模式在露天礦山測量應用中的優(yōu)缺點，并提出了相關見解。

【Abstract】 In recent years， the development of Chinese Beidou satellite and the United States GPS satellite space positioning technology developed rapidly， GNSS receivers based on spatial positioning have been widely used in control surveying， aerial remote sensing， land resources survey， geological survey and topographic cadastral survey and other fields. Taking opencast mine as an example， this paper briefly introduces the advantages and disadvantages of GNSS RTK model in surface mine surveying and puts forward relevant opinions.

【關鍵詞】GNSS RTK；露天礦山；技術原理

【Keywords】 GNSS RTK； surface mine； technical principle

【中圖分類號】P228.4 【文獻標志碼】B 【文章編號】1673-1069（2017）08-0182-02

1 GNSS RTK技術原理和特點

1.1 GNSS RTK技術的工作原理

GNSS RTK技術，是以載波相位觀測量為根本的實時差分測量技術，其基本原理是：在基準站上安置一臺GNSS接收機，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過無線通訊設備將觀測的數據和測站坐標信息傳送給移動站；移動站由一套GNSS接收機組成，除了自己接收GNSS衛(wèi)星信號以外，還通過無線電通訊設備接收基準站信號，并根據相對定位原理，實時地以厘米級的精度給出移動站的三維坐標。這種以載波相位差分的定位方式又分為改正法和求差法，改正法是基準站將載波相位的改正量發(fā)給移動站，并對移動站的載波相位進行改正；求差法是基準站將載波相位發(fā)送給移動站，由移動站自己對觀測值求差進行坐標解算。

1.2 GNSS RTK技術相對于常規(guī)測量的特點

測站間無需通視：RTK測量不要求測站之間的互相通視，這一特點大大提高了測量的工作效率，減少了測量技術人員的工作強度。另外需要注意的是，GNSS測量雖然不要求通視，但是需要保證測站上空有足夠的凈空，以使接收機能夠不受干擾地接收衛(wèi)星信號。

定位精度高、觀測時間短：大量的實踐表明，在<10km的基線上，RTK的平面定位精度可達厘米級。

操作簡便并提供三維坐標：隨著測量硬件自動化程度的不斷提高，RTK的操作越來越簡單，測量員只需要安置并開關儀器、量取儀器高、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而跟蹤觀測、數據記錄等都由接收機自己來完成。在精確測定測站平面坐標的同時還能測定測站的大地高程。

全天候作業(yè)：由于衛(wèi)星24h不間斷圍繞地球運行，這樣使GNSS作業(yè)可以不受白天夜晚和天氣狀況的影響，在任何時間都可以進行測量作業(yè)。

2 GNSS RTK技術在露天礦山測量中的應用

2.1 礦區(qū)大比例尺地形圖的測繪

露天礦山的地形圖是進行礦區(qū)規(guī)劃和建設的基礎資料，十分重要。現代露天礦山機械化程度高，礦山表面的變化日新月異，為了能及時給領導層提供決策信息，必然會對地形圖的實時性有更高的要求，需要不斷地對地形進行補測。

傳統(tǒng)的全站儀測量設備一般每組需要3～4個人協(xié)同作業(yè)，工作量大、速度慢，所以效率較低。采用RTK測量技術，1個人就可以獨立成組。將基準站架設在礦山地形高點，開闊平坦的區(qū)域，1個人操作流動站進行特征點的地形測量，1～3s即可測出1點的三維坐標。外業(yè)數據采集完成后，回到室內將數據導出，利用CASS等內業(yè)成圖軟件，結合碎步點編碼即可繪制地形圖。RTK的優(yōu)越性使測量工作者的工作量大大減少，提高了地形圖更新的實時性，能更好地服務于礦區(qū)的各項建設。

2.2 礦區(qū)的變形監(jiān)測

露天礦山在開采過程中地形變化較快，隨著開采深度不斷增加，邊坡出現塌方，礦山周邊地面出現塌陷的風險不斷增加，及時發(fā)現及預警能有效避免重大安全事故的發(fā)生，保證人員和財產安全。

在變形監(jiān)測中，通常需要達到毫米級或者亞毫米級的精度，而RTK的定位精度為厘米級，這要需要利用RTK的定位原理將GNSS升級為監(jiān)測系統(tǒng)[1]。目前國內部分大型露天礦山均建立了GNSS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)由數據采集、數據傳輸和GNSS數據處理中心三部分組成。數據采集分基準點和監(jiān)測點兩個部分，基準點的設置要長期穩(wěn)定，監(jiān)測點則設置在礦山周邊能反應變形的特征點。數據傳輸可以采用有線和無線兩種方式。

整個系統(tǒng)需要全年連續(xù)觀測，并實時將觀測資料傳輸至控制中心進行分析處理，對發(fā)生的超過限制的變形，實時發(fā)送到決策者手機中。

2.3 露天礦區(qū)的控制測量

露天礦區(qū)的常規(guī)控制測量一般采用導線測量的方法，要求測站點之間必須通視，操作過程限差較多，作業(yè)工序復雜，容易超限，在外業(yè)作業(yè)過程中不能實時知道成果的精度。在精度要求較高的情況下可以使用GNSS靜態(tài)控制測量的方式，然后通過后處理軟件得到控制點的平差坐標，相對于導線測量的方法不論在精度還是效率方式上都有明顯優(yōu)勢。目前GNSS大多都能接收三種類型的導航衛(wèi)星，其RTK方式的定位精度已能滿足露天礦山控制測量的精度，而且礦山控制點由于不斷開采很容易受到破壞，在考慮人力、物力和效率的前提下，RTK控制測量不失為一種好的方法[2]。endprint

2.4 鉆孔的放樣

露天礦山測量中爆破鉆孔的放樣是一項常規(guī)工作，地質工程師根據工作計劃在地形圖上設計好鉆孔，測量技術人員在圖上提取各鉆孔坐標。傳統(tǒng)放樣方式是通過全站儀的放樣功能進行放樣操作，一般由觀測員和立鏡員配合操作，測站點和立鏡員之間互通視，由觀測員指導立鏡員將鉆孔放樣到實地。采用RTK技術只需1個即可完成放樣操作，將鉆孔坐標導入到GNSS移動站手薄，將GNSS RTK安置調試好后，測量人員即可通過手薄的放樣功能，準確放樣處各鉆孔位置到實地，相比全站儀放樣RTK有明顯優(yōu)勢。

3 GNSS RTK技術在露天礦山測量中注意事項

3.1 測量基準站位置的選擇

基準站的位置選擇十分重要，合適的基準站位置能夠在很大程度上保證測量的精度。首先基準站的位置，盡量選擇在測區(qū)的高出并且地勢開闊沒有明顯遮擋物的地點，這樣能保證基準站捕捉更多衛(wèi)星。其次基準站的位置200m范圍內不應該有電信發(fā)射塔、高壓電線和無線電臺等影響信號接收和發(fā)射的干擾源；50m范圍不應有大面積水域，以免信號產生多路徑效應。

3.2 科學確定轉換參數

轉換參數分為三參數、四參數和七參數。根據測區(qū)的范圍大小和精度要求合理確定轉換參數。在礦山的各項測量工作中原則上應選用一套統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)，這樣能避免在坐標轉換過程中造成的精度損失。當遇到坐標系不一致的情況時，就需要通過控制點確定基準轉換參數，保證所測數據可以轉換為目標系統(tǒng)數據。

4 結語

在測繪行業(yè)不斷飛速發(fā)展的今天，RTK測量技術已經日臻成熟，它彌補了傳統(tǒng)測量的部分缺點，極大地提高了工作效率。通過在大型露天礦山測量中的應用，充分體現了該技術的優(yōu)越性，實現了數據信息處理的自動化、智能化， 大大降低了勞動強度，使礦山測量工作變得更加容易。但是RTK作業(yè)方式依賴于衛(wèi)星信號和通訊信號，有時候會出現信號不穩(wěn)定或者數據鏈斷開的情況，容易受到高大物體遮擋，隨著CORS站等新技術的發(fā)展，RTK技術必定會更好地服務于礦山。

【參考文獻】

【1】買買提江.阿布力米提.RTK技術在現代礦山測量中的應用[J].新疆有色金屬，2011（5）：186.

【2】李東紅.RTK定位技術在礦山測量中的應用[J].科技信息，2011（9）：127.endprint