浅谈GPS RTK技术在云南省采矿权实地核查中的应用

云南省地处祖国西南边陲，是西南地区的矿产资源大省，矿业是云南省的支柱产业之一。本文通过对GPSRTK原理分析以及RTK技术在云南省矿业权实地核查中的应用，对动态GPS的特性和使用方法做了阐述，指出了动态GPS在云南省矿业权实地核查中的重要作用，并对测量精度进行了一定的分析，得出一些有益的结论和建议。

【关键词】云南省矿业权实地核查，GPS RTK技术，流动站，基准站，技术应用

一、GPS RTK技术简介

GPS（Global Position System）即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。目前，该技术已广泛应用于测绘行业的各个领域。RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

二、GPS RTK测量原理

GPS RTK测量技术是建立在载波相位观测值基础上的实时动态定位系统，而RTK定位技术则是实时动态测量，它一般需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通讯系统，将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标（可达厘米级）。

GPS RTK技术系统配置包括以下三部分：1、基准站接收机；2、移动站接收机；3、数据链。基准站接收机设在具有已知坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站的坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，移动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过OTF（ON THE FLY）算法快速求解载波相位整周模糊度，通过相对定位模型获取所在点相对于基准点的坐标和精度指标。

三、GPS RTK技术在云南采矿权实地核查中的应用

1、RTK在矿区图根控制测量中的应用

使用RTK进行图根控制测量不受地形的限制，也不用支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差。RTK图根控制测量时，首先利用先期统一建立的测区D、E级GPS控制点建立投影的局部归化参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。本次测量解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为±2.7cm，垂直残差最大为±0.6cm。为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，高程中误差±2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录。

RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.8cm，最小值为0.3cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为±0.9cm，平均值中误差为±0.6cm。这说明RTK技术能满足《全国矿业权实地核查工作指南与技术要求》中最弱点的点位中误差(相对于起算点)不大于±0.15m的要求。

同时，我们采用常规手段对RTK控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为±4.2mm，最弱点高程中误差为±6.5mm。在进行RTK平面控制测量的同时，我们也利用RTK技术进行了高程测量。两次RTK高程测量的成果高程较差最大为-4.7cm，最小为0.1cm.观测值中误差为±1.4cm，平均值中误差为±1.0cm。四等水准测量与RTK高程测量成果较差高程较差最大为-4.8cm，最小为-0.1cm，高程较差中误差为±2.3cm。如果四等水准网高程中误差取±2.0cm，RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm，高程较差允许误差为±5.6cm。可见求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。

根据实际经验，由RTK测量的高程计算出的相邻高差受相邻点间的长度影响较小，高差精度主要与四等水准测段长度有关。利用高差较差参照不同精度双观测值情况计算出高差较差单位(每公里)中误差为±1.89cm。

如果RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm，四等水准高差中误差取±1.0cm，得高差较差理论单位中误差为±3.0cm。显然，计算的高差较差单位中误差小于高差较差理论单位中误差，证明RTK高程测量能够满足《全国矿业权实地核查工作指南与技术要求》对四等水准网的精度要求。

2、RTK在矿区地理要素、矿业权要素测量中的应用

利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，可以进行地形、探矿工程、采矿工程的碎部测量来代替常规的数字测图。以1台GPS基准站，另一台或几台移动的GPS接收机分别开始进行碎部点测量。地形点、工程点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地理要素的实际情况进行测量设定，在测量矿区道路、水系时可以设定按距离进行采集，距离可以人为设定；在匀速运动测量的过程中，可以设定按时间采集，时间间隔也可人为设定。采集完将数据格式转换为“点号，东坐标，北坐标，高程”形式，保存到硬盘，使用《矿业权核查空间数据处理软件》经过编辑处理，生成《采矿权开拓工程平面图》或《探矿权勘查实际材料图》。

各要素的采集可以单人作业，也可多人同时开展，在较为开阔的区域进行数据采集，发现RTK的采点速度相当快，由于初始化速度快(小于30s)，并且在线运动过程中不失锁，每个碎部点采集时间不超过2s(含点位代码输人)，因此，采点速度几乎等于走路的速度，可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势，大大提高了工作效率。

四、GPS RTK技术优越性分析

1、作业效率高。在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,作业速度快,劳动强度低,节省了外业费用,提高了劳动效率。

2、定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km) , RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

3、降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”。因此,和传统测量相比, RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区,只要满足RTK的基本工作条件,它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。4、 RTK作业自动化、集成化程度高, 测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度。5、操作简便,容易使用,数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置,就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强,能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信,手簿软件的使用简单易学。

五、结语

GPS RTK测量技术给采矿权实地核查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,必将给采矿权实地核查带来更大的便利 ,其在矿山测量中的应用领域将更为广泛。