GPS、RTK 技術與全站儀聯合測圖在礦山測量中的應用與分析

周 慶

在礦山的測量中時常應用到GPS、RTK 技術，GPS、RTK 技術是礦山的測量技術中專業性比較強的。通過收集的礦山地理信息建立地質信息的分析架構，在顯示器中以圖像的方式將地質數據展現出來。方便工作人員對地質情況進行了解，尤其對礦產資源勘查，十分有效。GPS 技術在建筑行業中應用的最廣泛，在礦山的測量的歷史應用時間較短。GPS 技術可以實現數據信息管理和空間的立體轉換。GPS 技術與RTK 技術聯合還可以提升礦山測量測圖的精度，與RTK 系統進行數據交換。RTK 技術可以進行實時的地質情況展示，因此RTK 技術又被稱為地質情況實時分析技術，RTK 技術是GPS 技術的升級版，主要應用于礦山測量點的確認，在測量的過程中可以滿足礦山數據收集的需求，RTK 技術有助于礦山測繪的定位和坐標，觀測點的坐標的定位快速、準確。還可以通過觀測點定位計算兩個觀測點之間的距離，從而實現礦山數據的確認。而全站儀聯合測圖技術的主要設備為全站儀免棱鏡，在礦山的測量中，該設備可以實現精確測量，傳統中的礦山測量值使用上述技術中的一種方式，本文將三種技術結合在一起，應用在礦山測量中，提升礦山測量的效率，礦山測量是礦山建設的基礎，是保證礦山安全生產的重要基礎工作。礦山的發展、建設都離不開礦山測量工作，工作質量也影響礦山安全生產的質量，在新時代的礦山生產中，礦山測量為可持續發展做出貢獻。

1 GPS、RTK技術與全站儀聯合測圖在放樣中的應用

GPS 技術與RTK 技術的結合使礦山測量放樣變得更加簡單，簡化了礦山測量的步驟。礦山的地質構造往往不同，大部分礦山尤其是金屬礦山的地質環境都比較復雜，因此在進行礦山測量的時候，GPS 技術與RTK 技術的結合可以彌補GPS 技術在地質復雜的地方靈活度低的缺點，且RTK 技術的設備耗電量大，在野外無法長時間使用，二者的結合解決了RTK 技術難以適應野外的缺陷。全站儀聯合測圖近距離監測，可以保障測量數據的準確性。三種技術的結合是礦山測量技術彼此的延伸，結合后的測量方式對環境的適應力更強。在礦山的測圖放樣中，RTK 技術的應用十分廣泛。基于不同的測繪條件，首先進行測量方案的制定，并將三種技術都融入到觀測方案當中，使觀測方案變得更加合理。采用GPS 定位的方法建立工程控制網，具有點位選擇限制少，作業時間短，成果精度高，所用費用低等優點。應用GPS 技術建立控制網，通常采用載波相位靜態差分技術，以保證達到毫米級精度。GPS 技術確定放樣的控制點，全站儀聯合測圖可以確保放樣工作達到礦山測量的精確度，在放樣點的布置數量上，要根據礦山的面積決定，保證單位面積中具有3 個以上的放樣點，放樣點的參考站的結構如圖1 所示。

放樣參考站的建設目的是為了給放樣地點進行精準的定位，因此在放樣期間需要保證基站24h 全天候工作，在GPS 進行觀測的時候進行不間斷工作。在基站的建設過程中，應將參考站建設在距離測量中心200m 之內的位置，在進行礦區測量的時候，參考站的信號范圍可以覆蓋整個需要測量的地方。由于參考站的結構復雜性，在進行參考站建設的時候應選擇在地基穩定的地方進行建設，礦區中有很多地區隨著開采項目的推進可能出現不穩固的現象，因此在建設之前一定要考察其中的穩定性。尤其是室外設備的建設一定要在土體穩定的地方。參考站在進行放樣的時候需要一定的空間進行布線，因此參考站外應有一片面積相當的空地，以便能夠通過網絡數據通信將參考站中的數據傳輸出去。如圖1 所示，在參考站需要固定的電源作為整個參考站的供電系統。為整個礦山測量的設備進行供電。電池柜的電池應具備提供可靠的電源供應的作用。設備維護人員需要進場對基站中的設備進行維護，參考站也不能建設在交通不便利的地方。

以礦上的最大影響范圍為放樣點計算依據，線放樣和點放樣兩種方式是現代化礦山放樣常用的兩種方式，線放樣因其測量的準確度高而被廣泛的應用在礦山的放樣中，而點放樣的應用則更適用于尾礦。RTK 技術的自動化程度比GPS 技術的自動化程度高，因此在放樣坐標上確實是利用RTK 技術進行確認。在測量系統中輸入放樣點，自動進行坐標匹配。全站儀在現場進行信號接收，并按照信號中的放樣位置進行流動放樣，全站儀的定位十分精確，可以降低偏差，三種技術結合的方式可以提升礦山放樣的技術水平。

2 GPS、RTK技術與全站儀聯合測圖計算中的應用

礦山測量工作在露天礦產的開采中比其他種類的礦山要簡單，但在進行放樣之后，對礦山土石方的數量的計算就變成了難點，聯合測圖計算中對礦山土方量的計算可以作為預測礦山產量的依據，直接影響礦山開采的經濟效益，因此，在進行礦山土方量的計算的時候要提升計算的精度，利用RTK 技術提升礦山測量針對露天礦山計算中，土石方量估算的精度。單獨使用GPS定位技術還需要借助計算軟件進行估算，計算結果準確性難以保證，露天礦山土石方量的測繪中加入RTK 技術就可以將兩個步驟合二為一，使測繪的步驟得到簡化。GPS、RTK 技術相結合下測圖時進行參數計算，實質是在計算坐標系的轉換參數，所以其目的在于坐標系的轉換。因GPS 直接測定的是接收機在WGS-84 坐標系下的絕對坐標，

GPS 技術在進行坐標定位的時候，需要控制定位的距離來減少定位的誤差，但與RTK 技術進行結合之后系統在定位過程中距離的可移動限度被打破了，測量距離的定義是衛星天線相位與信號接收機之間的距離。定位精度需要通過實現保證天線的相位中心在準確的位置來實現，但相位中心是會隨著信號的方向不斷的變化的，因此在實際應用過程，要保證信號傳輸方向一致，且沒有太大的強弱差。控制好信號的強弱差就能減少偏差引起定位誤差，在進行測量過程中為了降低天線中相位中心變化，應保證系統定位時天線在幾何中心。指針指向北偏在角度允許的誤差范圍內。我們通常要用到的是國家54 坐標或者工程獨立坐標，所以必須進行坐標系的轉換。利用GPS、RTK 與全站儀聯合測圖計算時，通過點校正計算到的坐標系轉換參數適用于當地工作，一般能達到厘米級的精度。而多種技術聯合測圖結合可以提升土方量計算的速度，而全站儀聯合測圖技術又提升了數據采集速度，全站儀的圖片如圖2 所示。

圖2 全站儀

圖3 礦山測量數據中心處理流程

在露天礦區土石方量測繪過程中應用RTK 技術與全站儀聯合測圖技術，對數據樣本的要求也減少，只需采集一次數據樣本，接下來的數據會隨著實際采剝方量產生變化，隨著開采數據的變化而變化。地形變化之后，RTK 技術可以實時收集地質變化信息，保證數據的準確性。

3 基于GPS、RTK技術建設礦山測量數據中心

礦山測量數據中心對于現代化的礦山測量技術來說是非常重要的部分，數據處理是數據時代的礦山測量優化升級的一部分。礦山測量數據中心的只要作用是完成對測量數據的計算和處理，并將歷年的數據存儲起來。數據處理中心通常建設在遠離礦山的室內，為了方便與礦山的信號的互通，采用ADSL 的方式將GPS、RTK 技術采集到的數據進行傳輸。礦山中參考站采集的數據通過信號傳輸實現與數據中心的數據連接。該數據中心為了保證可以連續不斷的接收信號，并及時的進行數據的儲存，ADSL 系統的運轉需要具有可靠連續性。數據中心進行數據處理需要采用兩臺計算機，計算機上安裝上GPSNet 軟件放置在不同的地方。這是為了保障數據中心的工作不會因為工作過程中出現故障導致停止。在數據處理的過程中一臺計算機出現故障，另一臺計算機立刻完成數據處理工作，給予技術人員修理故障的原因。礦山測量數據中心需要一臺用來接收GPS 信息的計算機，該計算機專門用于數據分發和確認數據采集的要求，礦山測量數據中心的工作流程如下圖所示。

通常需要測量的礦山的山體都很多，因此在進行測量的時候需要改變角度和增減測量的高度，數據采集的點的數量也應該隨著高程測量的變化點進行變化。可以利用全站儀滿足三角高程測量的要求，對多山體的礦山實現全方位的測量。通過測量偏差的實驗可以發現，全站儀搭配GPS、RTK 技術可以在礦山測量中實現數據坐標差值在誤差的合理范圍內，實現數據采集的高定位精度。數據的采集誤差還包括觀測的誤差，觀測誤差中最容易出現的就是對中誤差，全站儀在進行測量的時候利用的是天線接收信號。中誤差主要是由于天線發生傾斜產生的，在數據中心的數據分析中可以看出中天線的高度超過1.5m 的時候就會開始產生誤差，影響數據采集的正確性，因此為了保證數據中的數據準確性，全站儀的天線桿高應小于1m。

4 測試實驗

為了驗證本文設計的三種技術結合的測量方法的實用性，設計對比實驗，對比本文設計的測量方法與傳統的RTK 礦山測量法、CORS 系統礦山測量法相比哪種方式測量出的更精確。

4.1 實驗準備

進行測試實驗之前首先要對動態測量的數據采集設備進行選擇，根據礦山的實際情況采用Trimble3356 數據采集設備進行動態測量的數據采集。設置的采集方式為連續采集，數據記錄模式為實時記錄。對礦山地區的數據采集間隔為2s，保證電量充足和設備運行的穩定性，對礦山進行測量。

4.2 實驗結果與分析

使用上述三種技術結合的方式以及傳統方法對礦山進行測量，通過計算得出三種方法的測量精度偏差如表1 所示。

表1 實驗結果

實驗結果如表1 所示，與其他兩種傳統的測繪方法相比，本文設計的方法的測量平均誤差等都比兩種傳統的測繪方法小，說明本文設計的方法的測量精度更高。通過表格中的數據分析，本文設計的方法滿足觀測數據的合理誤差，且全站儀聯合測圖技術的應用提升了測量的精度。GPS 技術和RTK 技術的結合降低了衛星對測量精度的影響，本文設計的方法具有優越性。

5 結語

本文將傳統的礦山測量中的常用技術結合在一起，彌補單項技術的缺陷，對技術的優勢進行技術延伸。降低了復雜地形對測量精度的影響，希望在未來的研究中可以提升技術的兼容性，繼續提升礦山測量的精度。