GPS-RTK技術在礦山測量中的應用

李新寧 權君娟

（寶雞西北有色七一七總隊有限公司 寶雞 721015）

1 RTK技術簡介

（1）RTK技術概述

實時動態(RTK)定位技術是以實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標的定位技術。RTK技術的發展是對GPS技術的重要補充及延伸，在交通規劃、能源勘探、地質測量、城市建設等領域有著廣闊的應用前景[1]。主要優勢在于能夠對被觀測數據進行實時監測，能夠有效延長觀測時間，確保測量數據的詳實可靠。同時RTK 技術的數據處理速度更快，遲滯性相比傳統測量技術更低，擁有更高的工作質量和工作效率。

（2）GPS-RTK技術作業原理分析

GPS-RTK 系統主要由GPS接收機、數據傳輸系統、軟件系統三大要素構成。其作業原理為:最少使用兩臺接收機，一臺為基準站，一臺為流動站，作業時各接收機同時作業，通過載波相位差分技術對兩個測站的載波相位數據同時進行差分分析，從而獲得測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并確保定位精度達到厘米級[2]。在具體運行時，基準站接收機假設在固定節點上，并借助所攜帶的系統獲得衛星原始數據，然后通過串行端口發射無線電，再由移動基準站接收后，匯同移動基準站所采集的本機原始數據，比對分析、統一處理后，求得兩個接收機間精確至厘米級的基線向量，從而在此基礎上根據固定基準站已知的坐標求得流動站坐標。通常在RTK模式下進行作業，基準站借助數據鏈實現觀測值與自身坐標信息的傳輸，流動站接收到相關信息后，結合自身所采集信息，在系統內通過差分觀測計算方式實現對數據的實時處理，其耗時往往不超過1 秒，即使流動站處于移動狀態，也可以直接開機作業，在運動狀態下實現對周邊環境模糊度的搜索求解[3]。

2 RTK技術的優勢

RTK 技術中已經在多個領域得到了廣泛應用，筆者在對該項技術進行研究時發現該技術擁有以下幾個方面的優點：

（1）RTK技術集成化、自動化程度較高

RTK技術相比于傳統測繪方法在野外環境具有更高的適用性，主要原因在RTK 技術集成化和自動化程度較高，并且在測繪工作進行過程中很少需要進行人為干預，大大降低了在實際測繪中產生人為因素誤差的可能性[4]。

（2）RTK技術對作業條件要求寬容度高

由于礦山通常處于野外環境中，運用傳統礦山測量技術進行測量時容易受到各種野外因素的干擾，導致測量結果產生較大誤差，在一些地理狀況較為復雜，通視條件較差的地區甚至無法使用傳統的實視方法測量[5]。RTK 技術由于使用載波相位進行觀測，在測量工作中可以基本忽視光學透視條件，只需要確保對天通視條件和電磁波通視條件就可以完成測量工作，能夠有效克服地理因素帶來的測量障礙，降低測量誤差，提高測量結果的精準度。

（3）RTK技術得到數據精度高且效率好

在傳統礦山測量工作中，全站儀的使用較為廣泛，但全站儀由于體積較大，在多個測量點需要進行重復搬動，容易產生設備損壞或數據誤差。針對小型礦山區域，RTK技術可以一次性對半徑為10km的區域進行測量，相比全站儀不用進行搬動，大大減少了人力資源的投入，減輕了測繪的工作量且只需要滿足簡單的測量條件就可以達到較高精度測量要求，對于成本節約和測量效率的提高都有較大幫助[6]。

（4）RTK技術操作更為便捷，數據處理能力更強

相較于傳統測量方法來說，RTK 技術的操作更為便捷，主要是對兩個測量站的載波相位觀測量進行差分測量，并且RTK 設備可以即時對得到的數據進行處理和儲存，同時快速和其他設備進行通信，最終實現較為理想的測量效果，對整個礦山測量提供扎實的數據基礎。

3 RTK技術的劣勢

（1）RTK技術容易受到衛星系統穩定性的影響

在一些地區GPS 衛星的信號還未完全覆蓋，同時對于有磁性的礦物的礦山地區，GPS 衛星信號會受到一定干擾，容易產生測量誤差。在一些特殊地區，在每日白晝正午時段，衛星信號會受到電離層的影響或被遮擋的時間較長，縮減了RTK 技術在每日的作業時間。RTK 技術的使用需要基于一定的GPS衛星的數量，如果衛星數量小于4顆就無法開展測量工作，因此測量地點可使用的GPS 衛星數量和測量時段都非常重要[7]。

（2）RTK 設備的數據鏈傳輸容易受到干擾和限制

RTK設備在進行數據鏈傳輸時容易受到障礙物的干擾，傳遞的信號受環境影響會產生衰減，嚴重時會影響到測量精度。雖然RTK技術設備的標稱作業半徑為10km左右，但在洼地、盆地、山谷的實際作業中，實際有效半徑比標稱半徑要小一些，因此在運用RTK技術進行測量時盡可能的要將RTK基準站安裝在被測地區中央的最高點上。

（3）RTK技術存在高程異常問題

在運用RTK 技術進行測量時，必須要進行GPS高程和正常高度的數據轉換，對于地理測量工作必須要保證其換算的準確精度。但從實際作業情況來看，礦山地區的地形較為復雜多變，RTK技術對高程的測量存在較大的誤差，有時針對較為復雜的場地甚至無法測量，這在一定程度上對RTK 技術的應用產生了一定制約，需要通過技術更新手段不斷提高RTK技術的適用面[8]。

（4）RTK技術對空通視度要求高

運用RTK 技術進行測量時對空通視度要求較高，這就導致在山區、林區或是在城市高樓密集區進行測量時，GPS衛星的信號會被遮擋，信號強度會被大大降低，很容易造成設備失鎖，并且現階段RTK設備的智能化還不夠高，一旦失鎖很難進行初始化操作，從而影響正常的作業進度。

4 RTK技術在礦山測量中的應用前景

（1）控制點的有效布設

在運用GPS-RTK 技術進行礦山測量前，必須要對測繪區域進行基本的數據資料收集工作。首先應當在測繪區域至少保證設置已有5個三角點、3個水準點。在設置好水準點的基準上再根據測繪區域的實際情況設置新的三角點和水準點，在確定的空間位置進行埋石。RTK設備在進行聯網測試時要注意對基座穩定性的檢查，確?；鶇R總光學對中器的誤差不超過2mm。在高程換算時一定要做好處理軟件的平差處理，保證高程誤差在±6mm 以內，確保數據整理工作的有序進行。

（2）根據控制點有效構建礦山控制網絡

在完全進行礦山測量工作前，必須根據已有控制點先獲得一份完整、詳實的礦山地質資料，并對這些地質資料進行有效整合，將所有控制點構建一套完整有效的礦山控制網絡，對礦山的地質資料進行實時監控，為礦山的后期開采建設提供更加精準有效的資料。在開展實際測量作業時，要盡可能的保證測量控制點的分布均勻且充足，保證所得的測量數據能夠滿足礦山控制網絡的精準度需求。能夠確保測繪工作的便捷性，大大降低測繪工程的人力資源、物質資源的成本投入。

（3）實時監測礦山地表變形問題

當前，我國對于地下煤炭資源、石油資源和水資源的過度開采會對地表、地形產生直接影響，嚴重時會導致地表沉降、滑坡等地質災害，對于礦山測量來說很容易影響到礦山作業區的建筑物安全。GPSRTK技術能夠有效對測量區域內的礦山整體地形進行實時監測，對于可能出現的地質災害能夠提供有效的預防信號，為礦區建設及礦山地表變形預防提供指導，保證礦區的生產安全。

（4）測繪信息的管理

礦山測量工程會收集到龐大的數據信息，這些數據信息對于測繪編圖、工業園區建設等精度較高的工程都會有利用價值。RTK 技術憑借其高集成化、自動化的優勢能夠對龐大的數據信息實現自動化控制和綜合處理。在實際作業過程中，工作人員要設置好信息智能化處理的精度和效率，提高數據傳輸的穩定性，為礦山數據自動化處理打下扎實的基礎。首先，工作人員要做好原始數據優化分析、智能化刪減的程序編寫，確保所得的測繪數據都是詳實可靠的。其次，針對RTK 技術信號傳輸衰減的問題，工作人員需要有效的提高數據資源的自動化控制及處理效率。

（5）盡可能減少人為因素干擾

現階段礦山測量技術還無法實現完全的無人化智能操作，雖然RTK 設備的集成度和自動化程度較高，但還是需要人工進行操作，因此工作人員對于GPS-RTK技術設備的操作水平和技術理解還是會對測繪精度產生較大的影響。所以在實際測量作業環節中，必須選擇專業能力過硬，技術水平領先的操作人員進行測繪工作，嚴格按照作業規范實施測繪工作，確保獲得數據的準確性和科學性。

（6）數據處理及繪制地形圖

礦山測量的最終結果是一份完善、詳實的礦山地形圖，在繪制地形圖時一定要確保數據精準化的時效性。首先，在數據采集過程中，工作人員一定要對采集到的數據進行分析和篩選，對誤差較大、不符合實際的錯誤數據進行處理；其次，針對高程轉換數據進行準確、及時的轉化；最后，在繪制地形圖的過程中要充分利用繪圖軟件的優勢，利用三維地形圖進行對比，選用適當的比例尺，并且對無用的地物信息進行必要的刪減工作，以確保地形圖中展現的信息是詳實準確且有足夠實用價值。

5 結束語

綜上所述GPS-RTK 目前在礦山測量中有較好的利用價值，此技術的應用能夠大大降低礦山測量工作的成本投入和提高礦山測繪的數據精準度，相比傳統礦山測量還能夠適應條件更加苛刻的工作環境，在未來的測量工作中勢必有更好地發展前景。在實際應用過程中，工作人員必須詳細掌握技術的優劣勢才能充分發揮應用此技術，為礦山測量工作提供高效便捷的測量先進技術。