本文主要介紹實時動態定位技術(GPS - RTK) 在礦山測量中的應用。GPS - RTK技術應用于礦山測量工作中, 主要用于礦區控制點加密, 地形測量, 鉆孔、剖面點、探槽、探井、坑口、取樣鉆孔、地質點、近井點、坑口位置點的坐標放樣與求測,工程作業調度, 地質填圖等。

　　1　GPS - RTK系統原理及構成

　　111 　基本原理

　　RTK測量技術, 是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS (RTD GPS) 測量技術。實時動態測量的基本原理是在基準站上安置一臺GPS接收機, 對所有可見GPS衛星進行連續地觀測,并將其觀測數據通過無線電傳輸設備, 實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上, GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時, 通過無線電傳輸設備,接收基準站傳輸的觀測數據, 然后根據相對定位的原理, 實時地計算并顯示用戶站的三維坐標,其精度可達到厘米級。這樣通過實時計算的定位結果, 便可監測基準站與用戶站觀測結果的質量和解算結果的收斂情況代寫論文, 從而可實時地判定解算結果是否成功, 以減少冗余觀測, 縮短觀測時間。

　　112　RTK測量系統的構成

　　RTK測量系統主要由GPS接收設備、數據傳輸系統和軟件系統構成。

　　(1) GPS接收設備

　　在基準站和用戶站上, 分別設置雙頻GPS接收機。由于雙頻觀測值不僅精度高, 而且有利于快速準確地解算整周未知數。當基準站為多用戶服務時, 其接收機的采樣率應與用戶接收機采用率最高的相一致。

　　(2) 數據傳輸設備

　　數據傳輸設備也稱數據鏈, 由基準站的無線電發射臺與用戶站的接收機組成, 其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準站的距離、環境質量、數據的傳輸速度。

　　(3) 軟件系統

　　支持實時動態測量的軟件系統的質量和功能, 對于保障實時動態測量的可行性、測量結果的可靠性和精確性, 具有決定性意義。這種軟件系統突出的功能是能夠快速解算整周未知數, 能選擇快速靜態、準動態、和實時動態等作業模式, 實時完成對解算結果的質量分析和評價。

　　2　GPS 技術在礦山測量中的作業流程

　　211 　內業準備在實施GPS外業測量前, 應事先對測區進行踏勘, 根據礦山測量的特點完成內業的準備工

　　作, 主要包括以下幾個方面的內容:

　　(1) 根據工程項目, 設定工程名稱

　　(2) 參數設置: 基準站的數據采樣率一般為4～5S, 流動站的數據采樣率一般為1 ～2S,高度截止角通常設定為10度。

　　(3) 若已知坐標轉換參數, 則輸入手簿。

　　(4) 實施工程放樣前, 內業輸入每個放樣點的設計坐標、線路方位角, 以便野外實時、準確放樣。

　　212 　求定測區轉換參數

　　礦山測量是在北京坐標系或獨立坐標系上進行的, 這就存在WGS - 84坐標與北京坐標系或獨立坐標系的坐標轉換問題。由于RTK作業要求實時給出當地坐標, 這使得坐標轉換工作非常重要。

　　(1) 對于較大型的測區事先測定轉換參數,在RTK作業時, 直接輸入參數和基準站坐標。利用高等級控制點同一點的2種坐標求出的轉換參數。

　　( 2) 也可在RTK作業時臨時求得轉換參數。首先在對空視野開闊的地方設立基準站并采集單點定位WGS - 84 坐標, 然后流動站聯測3個以上的高等級的控制點, 求解坐標轉換參數。

　　213 　基準站的安置

　　為保證觀測的精度和提高工作效率, 基準站的安置應滿足下列條件。

　　(1) 基準站可設立在精確坐標的已知點上,也可設立在條件較好的未知點上

　　(2) 基準站安置應選擇在地勢較高、通視無遮擋、電臺有良好覆蓋區域的地方, 首選是測區中央地區。

　　(3) 為防止多路徑效應和數據鏈的丟失,基準站200 米范圍內應無高壓電線、電視差轉臺、無線電發射臺等干擾源, 周圍應無GPS信號反射源。

　　(4) 基準站電臺的天線應架設在GPS接收機主機的北方。因為南北極附近是衛星的空洞區。

　　RTK施測及放樣

　　在測區首級控制的基礎上, 利用點校正方法, 求解坐標系統轉換參數 選擇對天通視較好, 四周無各種強電磁干擾源的地方設置基準站。當測區可見GPS衛星數在5顆以上、PDOP

　　值小于6時, 一般只需5～15秒就可完成初始化而得到固定解。每臺移動站只需一人即可進行測量作業, 每次開始作業應對已知控制點進行檢查, 確保系統無誤后, 應用GPS電子手簿即可進行地形地物點、勘探坑道的采集或勘探線剖面、勘探工程點的放樣作業, 每點采集記錄時間約1～10秒。實時動態RTK數據處理相對簡單,外業測量采集的實測坐標通過手簿的數據傳輸系統, 直接下載到計算機內。可進行圖形編輯, 也可經整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來。在勘探工程點放樣上, RTK同樣能實時地提供導航數據, 不僅可以使你快速找到點位, 而且能提供定位精度。如在勘探線上加放點和測點, 依據GPS電子手簿顯示的定線導航數據同樣能使你快速上線。利用GPS—RTK放樣, 無需對講機傳遞導航數據和方向, GPS電子手簿導航畫面讓你輕松快速上點、上線, 極大提高了工作效率, 減輕了測量人員的工作強度3　RTK應用及定位精度分析

　　貴州興仁某礦區地勢起伏不大, 天空開闊,除個別地方外對RTK作業無大的影響。該工程控制測量、勘探剖面線、勘探工程點的放樣均采用RTK作業。重復測量同一控制點的坐標較差統計表, 見表1。相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離抽樣檢查比較, 見表2。

　　表1　重復測量同一控制點的坐標較差m

　　Table 1 Coordinate difference ofmeasure the same

　　one control point repeatedlym

　　點號△X △Y △Z

　　GPS3 01009 01004 01004

　　GPS10 01007 01003 01005

　　N1 01012 01002 01009

　　N8 01005 01003 01008

　　N21 01010 01002 01006

　　N35 01004 01011 01012

　　表2 　相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離較差m

　　Table 2　Differentmeasurements of electronic total station

　　and RTK between adjacent observation pointsm

　　點號

　　全站儀實測

　　距離

　　RTK實測

　　距離

　　較差

　　5　6 1101235 1101231 01004

　　10　11 851638 851632 01006

　　11　12 1651700 1651707 01008

　　20　21 1151657 1151649 01008

　　29　30 1951623 1951612 01011

　　從上表來看, RTK測量既可以實時提供點位坐標和高程, 又可實時知道測量點位精度, 能夠較大地提高工作效率。同時從測量結果來看,RTK測量點位精度可達厘米級, 完全能夠滿足礦山測量的需要。

　　4 　RTK技術的優點

　　(1) 傳統測量外業容易受到地形、氣候、季節等諸多因素的影響, 使測量精度、作業速度都受到很大限制, 在能見度低, 通視條件差的情況下, 有些測量作業根本無法進行。而GPS -RTK技術, 解決了這個問題。

　　(2) 定位精度高, 數據安全可靠, 測站間無需通視。在沒有已知基準點或基準點被破壞而造成的控制點不足的地區和由于地形復雜、地物障礙而造成的通視困難地區能快速的、高精度定位。

　　(3) 綜合測繪能力強, 作業集成度高, 易實現自動化。可勝任各種測量內、外業工作。基準站能夠為不同用戶提供多項信息輸出, 流動站利用內置軟件控制系統, 在作業時, 無需人工干預便可進行整周未知數的動態初始化解算, 使輔助測量工作極大減少, 作業精度也自動控制和記錄,從而使自動化作業指揮系統的建立成為可能。

　　(4) 操作簡便, 對作業條件要求不高, 數據傳輸、處理、存儲能力強, 與計算機、全站儀等測量儀器通信方便。

　　(5) 作業人員少, 定位速度快, 綜合效益高。GPS接收機僅需一個人操作, 在待測點等待1～2秒即可獲得該點的坐標, 外業效率高 內業便于計算機處理, 節省了時間和人力。

　　5　RTK技術存在的問題與對策

????????雖然RTK技術在礦山測量中有較廣闊的應用前景, 但是由于礦區特殊的環境, 存在一些不利于RTK作業的因素, 如山谷和森林等。在應用中, 就發現一些測量過程中的一些問題:

　　(1) 各觀測值都是獨立觀測的, 儀器是否處于正常狀態, 觀測的數據是否可靠? 在開始觀測前、觀測一段時間、觀測結束前或儀器失鎖都要聯測已知點進行比對, 以確定基準站和流動站參數是否設置正確, 數據鏈通訊是否正常。

　　(2) 集森林區、不能被衛星很好地覆蓋地區: 高山峽谷深處、密高樓林立區, RTK的使用受到限制, 應配合航空攝影測量和常規測量方法。

　　(3) 高程異常值問題, RTK作業模式要求高程的轉換必須精確, 但我國現有的高程異常圖在有些地區, 尤其是山區, 存在較大誤差, 在有些地區還是空白, 這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相對困難, 精度也不均勻。應盡量在測區分布均勻的控制點上聯測, 求得較精確的高程轉換參數。

　　(4) 在測量過程中, 有時會出現在某個時間段或區域內解算時間較長, 有時甚至無法獲取固定雙差解。這是可適當的提高高度截止角或刪除個別衛星。

　　(5) 電力供應問題需要多塊大容量電池、電瓶才能保證連續作業, 在電力供應缺乏或偏遠作業區作業時要做好充分準備, 必須帶足備用電池、電瓶。

　　6　總結

　　在科學技術飛速發展的今天, GPS - RTK技術給測繪工作帶來了革命性的變化, 它改變了傳統的測量模式, 它能夠實時完成厘米級定位精度和在不通視的情況下遠距離測量坐標, 它具有需要的測量人員少、速度快、不需要同時觀測、精度高等特點, 能夠極大地提高工作效率。但是它的作業方式是依賴于有足夠的衛星數、穩健的數據鏈等外界條件, 在礦山測量中顯得很突出, 有時會出現無法正常作業的情況, 這就需要不斷完善GPS - RTK技術, 尋求先進的作業方式。隨著CORS參考站的建立,GPRS和CDMA技術的應用, RTK技術將不斷成熟, 必定會更好的服務于礦山測量。