GPS-RTK技術在礦山測量中的技術應用淺析

陳 坦

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局二總隊，貴州 六盤水 553000）

GPS-RTK技術，是一種新型的衛星定位測量方法，通過處理兩個測站載波相位觀測量的差分，將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，從而求出差解算坐標。目前而言，該技術主要用在地形測圖、控制測量、工程放樣中，在野外可實時得到厘米級定位精度，并顯著提高作業效率。彌補了傳統光學通視的弊端，在氣候、能見度等要素上的要求放寬。而且，電磁波具有較強的穿透性，不論是復雜地形、還是地物障礙，均能在短時間內得到測量位置的坐標。

1 GPS-RTK技術原理

簡單來看，GPS-RTK技術就是GPS技術、數傳技術相結合，能對測量得到的數據進行實時處理，從而在短時間內獲得高精度的位置信息。在結構組成上，主要包括控制中心、基準站、流動站三個部分，并在基準站和流動站上安裝接收機。工作期間，不同位置的接收機，均能在同一時間接收到同一GPS發射的信號，經系統處理后獲得相應信息，工作原理見下圖1。其一，基準站可對已知位置信息、獲取到的信息進行對比，得到差分改正值，經GPRS網絡或無線網絡傳輸至流動站。其二，流動站接收GPS觀測數值，通過計算得到信息，能提高差分改正值的精確度，從而保證位置信息更加準確。在整個定位測量過程中，僅需要幾秒時間，因此效率高，方便在相關工程中推廣。

圖1 GPS-RTK技術原理圖

2 GPS-RTK技術在礦山測量中的具體應用

（1）區域放樣。區域放樣是先控制、后碎步的過程，應用GPS-RTK技術進行放樣，要明確整個測區內的控制點，制定合適的測量方案，要滿足加密控制網的精度要求?？刂泣c的坐標要準確，對應的大地坐標也要準確；放樣數量要足夠多，保證分布范圍合理，明確測點之間的相互關系。在實際操作上，主要分為兩種放樣形式：一是點放樣，二是線放樣。技術人員只需將設計點位坐標輸入電子手簿，然后在場地內走動，按照GPS接收器的指令操作，即可放樣出設計點位。實踐證實，利用GPS-RTK技術進行區域放樣，不僅提高了作業效率，也能保證放樣精度。

（2）礦區測量。第一，地形現狀測量。針對礦山的采剝現狀進行測量，傳統測量方式需要建立控制點、圖根點，并將其標注在圖紙資料上，作為測點記錄。隨著測量技術的進步，全站儀、電子手簿、地物編碼的配合，雖然創新了測點記錄方式，但也存在一些問題，即碎點拼圖不當會返工。GPS-RTK技術的應用，由于覆蓋面積廣，1個測量點能滿足半徑為10km的測量作業需求，省去了控制點轉移、設備重復搭設等環節，從而提高測量精度。第二，土方工程測量。在土方工程上，利用GPS-RTK技術可以完成驗收測量作業。一般情況下，完成一個點的測量僅需2秒～4秒，精度在2cm～3cm之間；配合成圖軟件，可以形成一體化數據鏈，省去數據的輸入、轉抄等環節，實現了制圖的數字化。測量期間，使用的人員數量少，可完成數據采集、填繪更新、采集碎步點位等任務。而在非蔭蔽礦區，可以建立單基站CORS系統，利用VRS技術提供實時測量服務，既能實現無人值守，又能保證測量的動態性和連續性。第三，地面變形監測。在氣候、水文、施工技術的影響下，礦區地面可能發生變形，出現沉降、位移等現象。地面變形監測，就是動態觀察礦區地面點的水平位置、高程，和相鄰數據進行比較，從而得到位移量、沉降量。在具體操作上，大多是在礦區內預先設置基準點、形變觀測點，形成整個觀測網絡，如此得到的測量精度，能滿足地面變形測量的要求。相比于傳統測量方式，GPS-RTK技術的應用，從靜態數據采集轉變為動態實時監測，測量結果更加精確，有利于礦區地面變形分析，制定有效應對措施。

3 礦山測量中應用GPS-RTK技術的注意事項

（1）測點布置。在礦山測量中，GPS-RTK技術雖然具有諸多優勢，但也會帶來測量誤差，通過規范測量行為，可以有效減小誤差。其一，測量過程中，基準站和流動站之間的距離，控制在10km以內；控制點要均勻分布，實現聯測，減少多路徑、點位中誤差帶來的不利影響。其二，測量前，要了解礦區具體情況，為保證衛星系統正常發揮作用，要保證測站之間視野開闊。在礦洞、橋涵等部位，由于遮擋衛星，可能影響測量作業，或導致測量精度降低。

（2）基準站選擇。在基準站的選擇上，應該滿足以下條件：①設置在坐標已知點上，或條件良好的未知點上；②要求基準站地勢較高，能滿足通視條件；③在基準站周圍200m，不能出現高壓電線、無線電發射臺，避免影響信號傳輸；④電臺天線架設在接收機的北側，避開南北極衛星的空洞區。

（3）信號輸送。GPS-RTK技術的應用，基準站和流動站之間的聯系依靠脈沖電信號，測量期間應該避免電磁干擾，或者延長觀測時間，以保證測量結果的準確性。

（4）轉換參數。GPS-RTK測點的坐標，是在WGS-84坐標系中的位置，而實際測量使用的是1954北京坐標系。這兩個坐標系采用的定位參數不同，因此坐標差異大，具體到礦區上差異達到數百米，還伴有方向上的旋轉?；诖?，GPS-RTK測量前，要測定礦區的基準轉換參數。

（5）觀測時間。GPS-RTK測量期間，利用接收機接收衛星信號，繼續確定地物的坐標。分析測量誤差，主要來源于GPS衛星、衛星信號傳播、接收機等。其中，GPS衛星、衛星信號傳播帶來的誤差不可消除，接收機帶來的誤差可以人為干預。實際測量中，工作人員應該選擇有利的觀測時間，將接收機的PDOD值控制在6.0以內，以此減小GPS誤差，提高定位精度。

（6）電力保障。實施GPS-RTK測量時，流動站必須有充足的電力供應。如果電力配備不足，難以滿足長時間觀測需求，就會造成測量中斷。考慮到礦山測量多位于山區，自然環境惡劣，工作人員必須配備大容量電池，以保證測量作業的連續性。

4 結語

GPS-RTK技術具有作業效率高、定位精度高、自動化程度高、限制條件少的特點，是一種新型的測量技術。文中從區域放樣、地形現狀測量、土方工程測量、地面變形監測等方面，闡述了GPS-RTK技術在礦區測量中的應用，并總結了相關注意事項。希望為實際測量作業提供經驗借鑒，推動礦山開采和管理工作有序進行。