GPS RTK技术与全站仪联合测图在矿山测量上的应用

摘要：本文利用GPS RTK技术的实时高精度定位及全站仪免棱镜技术的优越性，将GPS及全站仪联合应用到某露天灰岩矿山年度储量动态监测，编制年度储量报告工作。通过实践表明，该结合方式能大大减少实际工作量，有效的提高工作效率及大幅度减少转站误差，证明其优越性。

关键词：GPS RTK；免棱镜模式；矿山测量

中图分类号：TD17文献标识码： A

GPS RTK技术随着研究深入，定位精度及抗差能力不断提高，已可以满足现代化测量工作，被广泛应用到大地测量、工程测量等测量领域，成为现代测量工作的主要技术手段之一。全站仪免棱镜模式作为比较先进的科技，能有效的减少工作量，本文阐述两者结合应用到矿山动态储量监测中的应用。

1.GPS RTK技术

GPS(全球卫星定位系统)由于其定位精度高、全天实时监测、测站无需通视、工作效率快等优点，已经广泛应用到大地测量、工程测量等测量领域，成为现代测量工作的主要技术手段之一[1]。

实际观测中，GPS观测值会受到电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差、接收机钟差等影响，单点观测情况下，其影响精度可达数千米，故无法满足需要。

虽然，现阶段对于精密单点定位技术的研究已经十分成熟，而且已经达到毫米级精度。但其操作非常困难，需要复杂的计算程序及一整套完整的误差改正模型，故一般工程应用中，还是采用RTK测量技术。考虑到一定区域范围内，电离层及对流层变化很小，通过相对差分技术，可以有效的删除电离层及对流层延迟；另一方面，使用相同型号的接收机跟踪相同的几个卫星，卫星钟差及接收机钟差也可以有效剔除，精度可达到毫米级，满足工程需要。

GPS 实时动态测量（Real-Time Kinematic）简称RTK，又称载波相位差分技术，其基本原理是利用3个以上的已知点，计算出误差改正模型，考虑一定区域空间内的大气变化不大，故此误差改正模型适用于区域内的工程测量。通过实时差分技术，计算基准站与移动站之间的坐标差及高程差值，来确定移动站的实际坐标值。

但是，GPS测量也有其自身的缺陷，一方面信号容易被遮挡而影响观测精度；另一方面，由于受到地形限制，一些陡峰及陡崖，不仅很难攀登、消耗大量劳动力、延长工作时间，而且危险系数较高，一般不介意工作人员冒险。

2.全站仪免棱镜模式

全站仪测图一直以来都是工程测量必不可少的手段之一，其综合了水准仪及经纬仪的特性，可以直接获得观测点的实际三维坐标。

传统的全站仪测图方法，需要两个可以通视的已知点，将仪器架设在一已知点上，另一点作为后视点。测图过程中，需要两至人名工作人员，一人观测一人跑尺。一般露天矿山开采，都是采用台阶式自上而下开采，每个台阶高差20米左右。跑尺就成为比较困难的工作，一方面从一台阶到另一台阶落差较大，消耗大量劳动力；另一方面，开采边坡角几乎呈90度，工作人员一般不允许靠近，故影响测图精度。

全站仪免棱镜模式的开发应用，大大提高了现代测绘的工作效率。免棱镜模式是采用激光测距模式，通过全站仪发射出一组红外线，观测物接收红外线波后反射回全站仪，从而计算出之间的距离，利用水平角及高度角便可得到观测物的实际坐标。现有的技术指标，免棱镜模式测距300m范围，精度为+5mm,可满足工程要求。

免棱镜模式减少了大量不必要的工作量，提高工作效率，但是全站仪测图也有其自身的不足。一方面，考虑矿区内地形容易遭到破坏，一般将控制点布置在矿区边界或者矿区外，而且两个控制点之间基本上很难做到通视；另一方面，从做支导线将控制点引到矿区内，往往需要很多次转站，每次转站都会带来误差，而且误差不断积累，最终的测度精度则很难保证[5][6]。

3.联合测图在露天矿山动态储量监测中的优势及工作流程

3.1 联合测图在露天矿山动态储量监测中的优势

本文针对GPS测图及全站仪测图在实际应用过程中存在的不足之处，将两者测量方式结合起来进行联合测图，实践证明该方法更加快捷，高效可行。

一方面，联合测图有效的提高工作效率。运用RTK技术，则不需要再引控制点，免棱镜则减少工作人员爬上爬下的工作量，有些观测点可以利用RTK补测而不需全站仪转站；另一方面，联合测图方法降低了误差积累，保证了测量精度。联合测图不需要转站，转站就直接重新做控制点，这就避免了由于转站而带来的累计误差，以保证测量精度[2]。

3.2 联合测图的工作流程

（1）收集矿区原始资料。矿区测量工作开始前，首先应该收集矿区内部及周围已有的控制点资料，主要包括控制点坐标、点之记坐标、坐标等级、坐标系、中央子午线、矿区地形地质图等资料。对控制点坐标筛选，选择均匀分布的3个以上控制点。

（2）GPS RTK参数设置。GPS观测获得的为WGS84坐标系，而工程实用坐标系基本为西安80坐标系及北京54坐标系，将GPS坐标系转换到工程坐标系，首先需要进行转换参数的计算。设置基准站及移动站，将基准站仪器架设在已有控制点上，发射电台，连接移动站与基准站，将移动站放置到另外的已知点上，计算出转换参数后，就可以进行数据采集。

（3）野外数据采集。在矿区视野开阔处架站，利用RTK测的测站点坐标及后视点坐标，整平仪器，设置好测站及后视后便可以利用免棱镜模式进行储量动态监测。在一些全站仪视线被遮挡的情况下，利用RTK进行补测，再将测量数据合并就能得到比较完整的地形图[3][4]。

4.联合测图的注意事项

联合测图很大程度上优化了传统测量的不足之处，也已逐渐普及，但也有些需要注意的事项：

周围环境对于RTK测量精度的影响。多路径误差对观测精度的影响容易被忽略，再加上一些大功率电磁波会引起无线电信号场的偏差，故架设基站的时候应考虑避开树林、建筑物、水体、高压电等环境，尽量架设于空旷开阔处及建筑物楼顶。

RTK参数设置成功后，应检查转换参数是否合理，一般情况下，应用未参加参数计算的控制点进行检核，以保证测量精度控制。

免棱镜模式一般有近距离及远距离两种模式，误差随距离增加不断增大。在实际操作中，应及时调换这两种模式，尽量采用近距离模式观测。免棱镜模式往往会被草丛、树枝等遮挡，也应避开。

5.结论

GPS RTK联合全站仪免棱镜测量技术在露天矿山储量动态监测上的应用，充分体现该技术的优越性，进一步提高测量工作效率，降低劳动强度，保证测量精度，在现代化测量中必将在矿山测量及其他领域得到普及及应用。

参考文献

[1] 刘大杰，施一民，过静裙.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，1995.

[2] 郑强，吴迪军.GPS-RTK技术在复杂公(铁)路工程测量中的应用[J].地理空间信息，2006，(06):75-77.

[3] 李晓露，林书本，任建英.GPS-RTK技术在大型露天矿山测量中的应用[J].中国高新技术企业，2010，（09）：35-37.

[4] 郭强军.S86T(GPS)RTK技术在现代矿山测量中的应用[J].黄金科学技术，2011，（12）：69-71.

[5] 姚吉利，刘科利，张磊，刘守忠.基于3D激光扫描的金属矿测量方法研究[J].金属矿山，2011，（7）：114-117.

[6] 张清.论矿山测量中新测绘技术及其特点[J].山西建筑，2012，（1）：224-225.