试论GPS(RTK)技术在矿山测量中的应用

【摘 要】（GPS）RTK测量技术给现代矿山测量带来了重大的技术手段变革，极大地方便了矿山测量工作者的日常工作，随着其技术的不断进步，必将给矿山测量带来更大的便利，其在矿山测量中的应用领域将更为广泛。

【关键词】露天矿测量；GPS（RTK）技术

1.GPS一RTK系统原理及构成

1.1基本原理

实时动态测量（RTK）定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。

1.2 RTK测量系统的构成

1.2.1 GPS接收设备

在基准站和用户站上，分别设置双频GPS接收机。由于双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确的解算整周未知数。当基准站为多用户服务时，其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。

1.2.2数据传墉设备

数据传输设备也称数据链，由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成，其频率和功率的选择主要取决于用户站与基准站的距离、环境质量、数据的传输速度。

1.2.3软件系统

支持实时动态测量的软件系统的质量和功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。这种软件系统突出的功能是能够快速解算整周未知数，选择快速静态、准动态、和实时动态等作业模式，实时完成对解算结果的质量分析和评价。

1.3实时动态RTK测量模式主要有3种

（1）快速静态测量。采用这种测量模式，要求GPS在每一用户站上静止地进行观测。它可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪，其定位精度达1～2cm。这种方法可应用于城市、矿山等区域性的控制测量，工程测量和地籍测量。

（2）准动态测量。这种测量模式，要求流动的接收机在观测工作开始之前，首先在某一起始点上静止地进行观测，也就是进行初始化。初始化后，在其他观测站上只需测量1～2s，即可获得该点的三维坐标，目前，其定位精度可达厘米级。它要求在观测过程中，要保持对观测卫星的连续跟踪。这种方法主要应用于地籍测量、碎部测量、线路测量和工程放样等。

（3）动态测量。动态测量模式和准动态测量一样，一般需要在起始点上进行初始化，之后，运动的接收机按预定的时间间隔进行自动观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。其定位精度也可达到厘米级。这种测量模式，也要求对所测卫星进行连续跟踪。适用于航空摄影测量、航道测量以及运动目标的精密导航。

2.GPS 技术在矿山测量中的作业流程

2.1准备工作

（1）检查和确认：基准站接收机、流动站接收机开关机正常，所有的指示灯都正常工作，电台能正常发射，其面板显示正常，蓝牙连接是否正常。

（2）充电：确保携带的所有的电池都充满电，包括接收机电池、手簿电池和蓄电池，如果要作业一天的话，至少携带三块以_L 的接收机电池。

（3）检查携带的配件：出外业之前确保所有所需的仪器和电缆均已携带，包括接收机主机，电台发射和接收天线，电源线，数传线，手簿和手簿线等。

（4）己知点的选取：避免己知点的线性分布（主要影响高程）。

避免短边控制长边；作业范围最好保证在已知点连成的图形以内或者和图形的边线垂直距离不要超过两公里；如果只要平面坐标选取两到三个己知点进行点校正即可，如果既要平面坐标又要高程，选取三个或四个已知点进行点校正；检查己知点的匹配性即控制点是否是同一等级，匹配性差会直接影响RTK测量的精度。

（5）手簿的设置（在内业或外业做均可），在“坐标系统管理”里面新建一个新的坐标系统或配置己有的坐标系统（尤其要确定中央子午线和已经知点相同），如果己知点的当地平面坐标和WGS84坐标都有，点校正就可以进行，设置好后保存任务。

（6）出外业前，关掉手簿和接收机的电源，带上已知点的坐标。

2.2架设基准站

基准站可设立在已知的控制点上，也可以任意选择，基准站一定要架设在视野比较开阔，周围环境比较空旷的地方，地势比较高的地方；避免架在高压输变电设备附近、无线电通讯设备收发天线旁边、树荫下以及水边，这些都对GPS信号的接收以及无线电信号的发射产生不同程度的影响。

2.3启动移动站

在基准站启动成功，并且差分数据也从电台正常的发射以后，在基准站旁边就要把移动站架好，并让其得到固定解，这样是为了确保移动站能正常的工作。

2.4点校正

在绝大部分测量工作中，都使用国家坐标系统或地方坐标系统，而GPS测量结果是基于WGS84的坐标系统，这就存在WGS84坐标与所使用的当地坐标系的坐标转换问题，由于RTK作业要求实时给出当地坐标，这使得坐标转换工作非常重要，所以在进行一项新的任务之前，必须要做点校正，以求出两种坐标系统的转换参数，从而得到正确的测量结果。点校正时的注意事项：已知点最好要分布在整个作业区域的边缘，能控制整个区域，如果用四个点做点校正的话，那么测量作业的区域最好在这四个点连成的四边形内部；一定要避免已知点的线形分布，如果用三个已知点进行点校正，这三个点组成的三角形要尽量接近正三角形，如果是四个点，就要尽量接近正方形，一定要避免所有的已知点的分布接近一条直线，这样会严重的影响测量的精度，特别是高程精度；点校正完成以后，使用移动站测量所得的所有坐标都是在当地平面坐标系下的，就可以直接进行测量和放样了。

2.5重设当地坐标

由于基站是任意架设的，是随意单点定位的坐标发射，如果移动站是固定解，那么所测坐标相对于基站是准确的，但相对于控制点就是错误的，会发生偏移（包括：平移，旋转和缩放），在每次进行测量和放样工作时，为了避免每天都重复进行点校正工作或者每次都把基站架在已知点上的麻烦，可以在每天开始测量工作前先做一下“重置当地坐标”的工作，就不用重新的做点校正，省时省力。

每次开始作业前应对已知控制点进行检查，确保系统无误后，即可进行测量，RTK测量既可以实时提供点位坐标和高程，又可实时知道测量点位精度，能够较大地提高工作效率。同时从测量结果来看，RTK测量点位精度可达厘米级，完全能够满足矿山测量的需要。

3.结论

虽然RTK测绘技术给测绘工作带来了革命性的变化，它改变了传统的测量模式，打破了分级布网、逐级控制的原则。一个测区可一次性整体布网、整体平差，控制网可以是任意混合，所需控制点数目比传统测量大大减少，图根控制的加密可与碎部测量同时进行，特别是在露天矿测量中其优势更加突出， 但受卫星状况限制、天空环境影响和数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小等问题，RTK技术也存在不足的地方：上午11点之前和下午3：30分之后，RTK测量结果准而快，而白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少 ，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，在矿坑中若有并段台阶和台阶坡顶外倾时，初始化时间长也会延长，不能正常进行测量，从而降低了工作效率。所以在作业时，作业人员要根据矿山测量要求，选择作业时间，碎部点测量时合理布点，减少干拢来提高工作效率。