试论GPS(RTK)技术在露天矿的应用

【摘 要】煤矿测量在煤矿生产过程中发挥着重要的作用。随着测绘技术的不断发展，GPS（RTK）技术在测量中的应用范围越来越广，RTK测量技术在露天矿测量工作显示出了其独特的优势，得到了广泛的应用。本文对GPS（RTK）系统在露天矿测量工程中的应用及其优势进行了详细论述。

【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）RealTimeKinematicRTK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。

1.2 RTK测量系统的构成

RTK测量系统主要由CPS接收设备、数据传输系统和软件系统构成。

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数据传输设备

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：

1.3.1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。

1.3.2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。

1.3.3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，至少携带三块以上的接收机电池。

（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，数据传输线，手簿和手簿线等。

（4）已知点的选取：避免已知点的线性分布（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已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；检查已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），如果已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。

2.5重设当地坐标

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.RTK测量的技术特点

（1）降低了作业条件要求。

测站之间无需通视，测站间相互通视一直是测量学的难题。CPS（RTK）的这一特点，使得选点更加灵活方便（但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰），全天候作业，GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般受地形、天气能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。特别适合露天矿的测量作业。

（2）定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。

（3）观测时间短，作业人员少，定位速度快，综合效益高。

CPS 接收机仅需一个人操作，GPS布设控制网时，每个测站上的观测时间一般在30-40秒左右，碎部测量时待测点的观测时间在l-2秒即可获得该点的三维坐标，外业效率高，内业便于计算机处理，节省了时间和人力。

（4）综合测绘能力强，RTK作业自动化、集成化程度高，可胜任各种测量内、外业工作。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）作业效率高，操作简便，对作业条件要求不高，不用严格对中整平，方便快捷，省时省力；不用量取仪器高，最大限度的减少量取误差，提高精度；RTK设站一次即可测完5km半径左右的测区，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。数据传输、处理、存储能力强，与计算机、全站仪等测量仪器通信方便。

实践证明（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。 [科]

【参考文献】

[1]吴俐民.昆明市连续运行GPS参考站系统的研究及建设[J].测绘科学，2006， （3）.

[2]康红星.GPS-RTK技术在城市控制测量中的应用[J].工程设计与建设，2004，1（36），33～36.