浅析RTK技术在井巷工程中的应用

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　　摘要：随着科学的发展，社会的进步，一些先进的测量技术已经工程中已经得到应用。本文介绍了RTK的基本概念、在巷井工程中的应用及其应用的应注意的事项，极大地提高测量工作效率和成果的可靠性,具有很大的技术推广价值。
　　
　　关键词：巷井工程测量 应用
　　一、RTK定位技术的基本概念：
　　 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，极大地提高了外业作业效率。
　　 高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，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，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。
　　二、RTK定位技术在井巷工程测量中的应用
　　 在矿区地形图和地籍图测绘中的应用矿区地理信息的采集和管理等都离不开大量的图纸测绘工作,随着社会的发展对图纸的现势性要求越来越高。而RTK的技术特点给我们的测图工作带来很大的便捷。GPS技术近年来被广泛应用于矿区开采损害监测的变形观测中,主要有两种方式:周期性观测和基准站连续运行监测方式。由于连续运行监测方式需要每个监测点上都固定一台 GPS双频接收机 ,系统运行成本太高 ,在矿山没有应用推广价值。目前主要采用设立观测站进行周期性观测的方式。RTK的应用主要是测量各个观测点的两维坐标 ,从而得到测点的水平移动变形数据。通过实测资料分析 ,对 RTK的应用总结出如下:首先，岩移观测站的全面观测中需要测量测线交叉点的坐标及进行各个测点的支距测量 ,利用 RTK配置强制归心装置测量各个点位坐标 ,将数据传输到计算机 ,在计算机中进行数据分析 ,不但比传统测量方式测量速度快、数据精度高 ,而且数据分析方便。根据比较统计 ,相比用经纬仪和全站仪测量 ,工作效率能够提高一倍 ,数据精度稳定、质量高、出错率少。然后，观测站周围应设立两三个高精度测量控制点 ,控制点应与矿区控制点进行联测 (最好用静态 GPS)并尽量设置在地质条件稳定的制高点上 ,控制点离观测线的距离不超过 4 km,周围多路径效应影响因素尽量要少。每次测量参考站应安置在同一控制点上,用其它控制点检核。当测区内有GPS永久性跟踪站、国家A或B级网点、GPS地壳形变监测点时,应首先选用作参考站点明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。 (4)初始化能力和所需时间问题。在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时, GPS卫星信号被阻挡机会较多,容易造成失锁,采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。 (5)高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确,但我国现有的高程异常图在有些地区,尤其是山区,存在较大误差,在有些地区还是空白,这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难,精度也不均匀。 (6)电量不足问题。RTK耗电量较大,需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业,最好选用汽车用电瓶。 (7)精度和稳定性问题。RTK测量的精度较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响。不同质量的RTK机型,其精度和稳定性差别较大。要解决此类问题,首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机种,然后,要在布设控制点时多布置一些“多余”控制点,作为RTK测量成果质量控制的检核点。
　　三、R TK在井巷工程测量的应用中的缺陷
　　 （1）受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候 ,世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖 ,容易产生假值。另外 ,在高山峡谷深处及密集森林区、城市高楼密布区,卫星信号被遮挡时间较长 ,使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用 RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。 (2)天空环境影响。白天中午 ,受电离层干扰大 ,共用卫星数少 ,常接收不到 5颗卫星 ,因而初始化时间长甚至不能初始化 ,也就无法进行测量。我们做过试验 ,在同样的条件和同样的地点上进行 RTK测量 ,上午 11点之前和下午 3: 30分之后 , RTK测量结果准而快 ,而中午时分很难进行 RTK测量。可见选择作业时段的重要性。 (3)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰 ,在传输过程中衰减严重 ,严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外 ,当 RTK作业半径超过一定距离 (一般为几公里 ,每种机型在不同的环境又各不相同 )时 ,测量结果误差超限 ,所以 RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多 ,工程实践和专门研究都证研究表明 , RTK确定整周模糊度的可靠性最高为 95% , RTK比静态 GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此和GPS静态测量相比 , RTK测量更容易出错 ,必须进行质量控制。
　　 以上是RTK技术在应用中的缺陷，只要我们在应用中多加注意，其给我们带来的便捷远远大于其不足，所以此项技术是值得我们加以应用和推广的。 RTK技术的应用给井巷工程带来了日新月异的变化，给工程测量的工作者带来了极大的便捷，当然，RTK技术也将会在其他领域得到充分的应用。随着科学的不断发展，井巷工程测量肯定会有更大的突破。
　　
　　参考文献：
　　【1】杜明清，等煤矿测量信息管理系统的开发与研究：J．绘通报，
　　【2】测量学，武汉测绘科技大学测量学编写组编著，陆国胜修订，测绘出版社
　　【3】李一帆. 数字矿山信息系统的研究及应用[D]中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）, 2007
　　

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