GPS-RTK技術在礦山測量中的應用初探

蔡紅亮

(河北鋼鐵集團遷安紅山鐵礦有限公司,河北遷安 064409)

G P S-R T K即以載波相位觀測值為基礎的動態定位測量技術,是一種當前礦區工作中常用的先進G P S數據測量方法。在傳統的測量工作中,厘米級別的精確測量需要依靠靜態測量、動態測量、數據分析、數據計算等多個步驟才能完成。而應用了G P S-R T K技術后,工作人員通過野外定位即可直接得到厘米級的測量結果,大大加強了礦山測量活動的效率,為礦區整體工作水平帶來了質的飛躍。

1 GPS-RTK技術的基本概述

1.1 GPS-RTK技術的架構

就目前我國礦山應用的測量系統而言,應用的G P SR T K技術主要包括G P S接收設備、軟件系統以及數據傳輸系統。其中,G P S接收設備主要是指G P S接收機,該設備能夠有效且準確地進行觀測數據的計算;軟件系統需要使用固定的軟件程序進行支撐,對于G P S-R T K技術應用的軟件系統來說,存在動態、靜態以及實時動態等多種分析模式,從而對計算的結果進行相關的檢驗以及分析評價;數據傳輸系統主要包括用戶站的接收機以及無線電發射臺,該系統能夠根據用戶站和基準站之間數據傳輸的速度和距離進行頻率與功率的選擇。

1.2 GPS-RTK技術的測量原理

GPS-RTK技術在進行測量的時候,會將一個基準站以及基準點作為基礎,在基準點上進行首級控制點設置,該控制點需要具備較高的精確度,這樣才能夠確保觀測結果的準確度;然后在基準站內安裝一臺GPS接收機,進行GPS衛星傳輸信號的接收。基于相對定位原理,使用無線傳輸設備進行觀測數據的接收,并對該數據進行計算,與此同時,用戶的實時三維坐標能夠顯示在屏幕上。這種測量方式是將載波相位的觀測作為依據的一種實時差分G P S測量技術,有效提高了數據觀測的實時性。

2 GPS-RTK技術的優缺點

2.1 GPS-RTK技術的長處

第一,由于GPS-RTK技術是基于衛星定位建立發展起來的,不會產生人工測量中存在的人為錯誤問題,繼而能有效提高礦區測量工作的精準度;第二,過去的人工測量工作經常會受到氣候、地域、晝夜變化等自然因素影響,使得測量活動經常間斷,一方面使得測量到的信息缺乏時效性,另一方面大大延長了礦區測量耗費的時間。而在應用了GP S-RT K技術后,大大改善了這一問題,實現了礦區測量的24小時不間斷測量工作;第三,GPS-RTK技術的遠程設備端具有便于攜帶、便于操作的特點,使得測量人員在實地測量時無需背負較重、較多的儀器設備。同時,遠程設備端可通過信道與測控基站實時進行數據的傳送、處理和儲存,使得測量工作的整體效率得到了提升,技術得到了支撐;第四,在應用GPS-RTK后,礦區測量人員可以根據實時獲得的數據信息建立起系統化的礦區地質變化宏觀模型圖和礦區測控網絡,為人員分析不同時間內礦區數據動態變化情況提供了圖像支持。

2.2 GPS-RTK技術的不足

首先,受到霧霾、多云等特殊天氣影響,對衛星向地面發射信號也會有延遲等,繼而導致G P S-R T K技術設備的信息處理和計算時間延長,使得礦山測量工作缺乏一定的穩定性;其次,G PS-RT K對儀器預設的參數標準具有高度依賴性,當人員因疏忽、誤操作等原因設定了錯誤的測定參數后,將使得設備的數據對比功能受到影響,繼而使得設備的報警、預測等功能失去應有的作用。

3 GPS-RTK技術在礦山測量中應用的注意事項

3.1 測點布置中的注意事項

雖然GPS-RTK技術具在行業中有很強的優越性,但其操作也難免存在一些誤差。對此,為了增強測量成果的精準度,工作人員在測量操作過程中應盡可能縮短移動測量站與基站之間的直線距離,通常來說,以10千米以內為宜。同時,還應盡量加強測區各個控制點測量工作的聯動程度,以保證最終測量結果長期處在高水平范圍內,進而有力地避免路徑效應、單個點位測量誤差對整體測量工作造成影響。

此外,由于G P S-R T K技術要以衛星定位系統為基礎,而橋梁等物體會對其內部、下方的環境進行遮擋,使得衛星定位存在遺漏。所以,工作人員在應用G P S-R T K技術進行測量操作時,要盡量保持測量站上方無較大外物遮擋、測量站四周視野開闊,以保證測量成果更加精準有效[1]。

3.2 信號輸送中的注意事項

移動測量站與基站之間是通過信號發送進行數據通信的,所以在數據發送時要盡量避免磁場對通信工作的干擾。當受到特定的環境影響,無法避免磁場干擾時,可采取移動測量站延長停留時間的方式進行解決,以保證數據傳輸的順利完成。

4 GPS-RTK技術在礦山測量中的實際應用方向

4.1 實現控制點放樣的精確化、便捷化

在傳統的礦山測量過程中,受到測量儀器的限制,放樣工作需要按照先控制、再碎步的程序實現。而在應用了G P S-R T K技術后,工作人員只需要制定出針對性的觀測方向和計劃,并圍繞現有的控制點入手實施放樣活動,直至放樣數量達到礦區控制網精確度要求即可停止。需要注意的是,在這一過程中,控制網中具體的點坐標必須與實地相匹配,以免減少后期觀測值的誤差程度。

在實際應用G PS-R TK技術進行放樣工作時,預先設置好的控制點位信息會被導入到工作人員攜帶的小型電子設備中,其后工作人員只需跑點便可進行放樣工作。當電子設備的GPS接收器發出提示音時,即表示工作人員到達了控制點的準確方位。由此可見,應用G P S-R T K的放樣工作在實踐操作上是較為簡便、快捷的,可以有效地提高控制點放樣的效率,進而實現礦山測量整體工作質量的發展。

4.2 實現地面監測的實時化、全面化

在實際的礦山開采過程中,礦區工作人員一定要對地面狀況的監測工作提起重視,因為一旦地面發生形變,將會給地質災害埋下極大的隱患,同時對當地的居民生活安全、社會可持續發展、區域經濟效益造成影響。

基于此,工作人員應對地面狀況進行定期觀測,并根據觀測結果,分析一定時期內地面是否發生變形及形變幅度,繼而制定出具有針對性的應對辦法。在應用G P S-R T K技術進行地面觀測時,首先要以當地地面變形觀測點為基礎參照,其后長期對該區域進行變形觀測,便可得到礦區當地地面的位移情況和浮沉程度。此外,為了保證地面觀測工作的精確性和全面性,還應在礦區內不同區域建立多個變形觀測點,形成龐大的地面測控網絡,為礦區整體地表變動情況的計算和預估提供數據基礎[2]。

4.3 實現各工程建設環節的科學化

以G P S-R T K技術在控制點放樣和地形監測中得出的數據,工作人員可以建立起立體化的礦區三維模型圖,繼而為礦區工程建設中土地勘探、災害預防等工作環節提供有效的數據和技術支持。以地表巖石變化監測工作為例,相關工作人員可將G P S-R T K技術與合成圖軟件相結合,建立出當地地表巖石情況的宏觀模型圖,并實時根據觀測結果反饋的信息進行圖像的修改和更新。以此為依據,通過對比不同時間內模型圖的變動情況,即可計算出礦區地表巖石的移動規律。

4.4 實現礦區人力資源配置的合理化

受到G P S-R T K技術的優勢輔助,礦區中管溝、采坑回填等環節的驗收工作只需要很少的人力便可完成,大大實現了礦區整體工作的人力資源配置優化。同時,在無需做隱蔽處理的工作區域內,還可以G P S-R T K技術為技術依據建造單基站C O R S工作系統,在測量數據準確、信息流通及時的前提下開展無人看守工作,將大大降低了礦山監測的人力成本。

5 結語

總而言之,應用G P S-R T K技術進行礦山監測,是當前信息化時代采礦業實現高效發展的必由之路。分析可知,在定位準確、操作合理、通信無礙的前提下應用G P S-R T K技術,可以有效地提升礦山測量活動中放樣、建設、回填、驗收、安全防范等多個工作環節的效率,實現人力資源的合理配置,繼而在保證工作質量的前提下合理節約經濟成本。最后,希望本文對日后礦山測量工作的發展有所幫助。

[1] 徐文革,田東,包曉明.GPS-RTK技術在礦山測量中的應用及優缺點[J].包鋼科技,2010,36(03)：90-92.

[2] 劉鶯.GPS-RTK技術在廣西大新錳礦露天礦山測量中的應用[J].中國錳業,2012,30(03)：45-47.