GPS-RTK技术在矿山测量中的应用
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摘要：我们熟知的常规GPS测量方法,如静态、快速静态、动态测量等都必须在事后进行解算才能获得测量点的坐标和厘米级的精度，而RTK测量能够在野外实时得到点位坐标和厘米级定位精度。这种测量方法,采用了载波相位动态实时差分(Real-time kinematic)技术。可以说,GPS-RTK技术在矿山测量中的应用是GPS应用的重大进展,极大地提高了外业作业效率。本文主要阐述了GPS-RTK技术基本原理及构成、GPS-RTK技术在矿山测量中的应用、GPS-RTK技术应用中的特点以及RTK技术在实际应用中的优势。
关键词：GPS；实时动态；矿山测量
1、GPS-RTK系统原理
RTK是一种实时动态定位技术。它主要是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术。对于GPS测量技术来说，实现了实时动态定位是一个新的突破。尤其,我们在矿山中的应用极为广泛,主要用于矿区地形测量、爆破工程测量、采剥矿岩量验收、排土场及尾矿坝测量、钻孔、剖面点、探槽、取样钻孔、开采境界的标定、地质点的坐标放样和地质填图等方面。
RTK测量系统主要由GPS接收设备、数据传输系统及软件系统构成。GPS接收设备是在基准站和用户站上,分别设置双频GPS接收机。因为双频观测值不仅精度高,有利于我们测量人员快速准确的解算整周未知数。在基准站为多个用户服务时,其接收机的采样率应和用户接收机采用率保持一致。另外，数据传输设备也称为数据链,是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、环境质量及数据的传输速度。软件系统主要起到支持实时动态测量的软件系统的质量及其功能的实施，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性及精确性,有着非常重要的作用。RTK技术中的这种软件系统还能够快速的解算出整周未知数,并可选择出快速静态、准动态、实时动态等作业模式,实时完成对解算结果的质量分析及各类评价。
在实际的工作中，根据GPS-RTK系统原理，我们至少要使用2台GPS接收机（1台基准站，1台流动站）并且两台接收机同时工作。利用载波相位差分技术进行实时处理。对这2个测站的载波相位观测量，进行差分处理。利用RTK定位技术就能对基于载波相位观测值实时动态定位，提供测站点在指定坐标系中的三维（X、Y和H）定位结果，并达到厘米级精度。同时，基准站接收机通常设在1个固定的点上（已知点或未知点）。通过基准站系统采集可用卫星的原始数据，并由串行端口送至无线电发射台，发射电台对包装后的原始数据进行广播，通过流动站电台接收基准站发来的包含基准站接收到的GPS原始数据信息。电台将收到的基准站原始数据由串口转往流动站的接收机。流动站GPS接收机就能在其当前位置采集本机的原始数据。来自基准站GPS接收机与流动站GPS接收机的原始数据汇集在流动站接收机中进行统一处理。从而，我们可以计算出2个接收机之间精确到厘米级的基线向量。最终流动站接收机利用已知基准站的位置及基线向量计算出流动站的坐标，根据基准站和流动站的工作原理，测量人员可以携带流动站系统在测区快速精确地进行定位测量、放样、和地形测量等工作。
2、RTK技术的优势
首先，RTK技术相对于传统测量技术来说，不易受到环境的影响。我们传统测量外业很容易受地形、气候、季节等外界环境因素的影响,使得测量精度、准确度、作业的速度受到很大限制。尤其,在能见度比较低,通视条件比较差的状况下,我们部分测量作业根本无法进行。但是，GPS-RTK技术可以很好的解决这个问题。在一般的地形地势条件下,高质量的RTK设站可以一次测完大约5km半径的测量区域,大大减少了传统测量所需要的控制点数量及测量仪器的搬站次数。
其次，RTK技术的定位精度高，数据安全可靠，基本上没有误差积累,各个测站间无需通视。并且RTK技术可以在没有已知基准点或基准点被破坏而造成的控制点不足的地区，或者由地形复杂、地物障碍而造成的通视困难地区都能进行快速的、高精度定位测量。
另外，RTK技术的综合测绘能力比较强，作业的集成度高，比较容易实现自动化。因此，RTK技术可以胜任各种测量内、外业的工作。并且基准站能够为不同用户提供多项信息输出，流动站可以利用内置软件控制系统，在测量作业时不用人工干预即可进行整周未知数的动态初始化解算。RTK也使得辅助测量工作尽可能减少，自动控制作业的精度和测量记录。使其自动化测量作业指挥系统的建立成为可能。
最后，RTK技术的操作比较简便,对作业条件要求不高,数据传输、处理、存储能力比较强,并且与计算机、全站仪等测量仪器的通信很方便。需要的作业人员少，定位速度较快，综合效益高。GPS接收机完全可以仅由一人操作。在待测点等待1～2s即可获取该点的坐标。这样，提高了外业测量的效率，对内业而言，计算机的处理更加便捷，节省了大量的时间和人力物力。
3、GPS-RTK技术在矿山测量中的应用
在现代矿山的建设中，矿区的各项建设工作都离不开大量图纸的测绘，由于社会的快速发展以及对矿产资源的需求日益增加，我们矿山建设步伐加快。为了给主管部门和决策者提供准确的信息，我们要对测量图纸的精确性和现实性提出更高的要求。
因此，矿山测量工作者可以利用RTK技术的优势对矿区地形图进行补测和修测工作。同时，可以测绘出大量的专用地籍图和规划地形图，利用RTK技术给测绘人员带来了很大的便捷，大大减小了工作量并且提高了工作效率。
利用GPS-RTK技术实现矿区控制网的建立。我们使用常规控制测量方法时，要求控制点之间相互通视，这样作业工序比较复杂，而且精度不均匀。在GPS-RTK测量中，利用GPS-RTK技术进行控制测量就能实时知道定位结果和定位精度。这样，大大的提高了作业的效率。在精度方面，GPS-RTK的精度完全满足于矿区控制网的各项要求。根据我们的实践经验表明：采用GPS控制网基本可以覆盖整个矿区，测量的精度也满足整个矿区的工程测量需要。并且应用GPS-RTK技术可以进行实时定位，并达到厘米级的精度。
综上所述，GPS-RTK技术运用于矿区的控制网布设，既可以保证测量精度达到规范的要求，而且快捷方便。另外，矿区地面变形测量的目的是在不同时间段测定地面点的水平位置和高程。通过和测前数据的对比分析，得出地面点的水平位移和下沉值，为工作人员对矿区地面变形分析和预测提供科学的依据。按照常规的测量方法一般是先在矿区地面布设基准点和形变观测点，组成变形监测网然后再用全站仪测定监测网的边长和角度，然后用水准仪测量出各个测点间的高差，并计算出监测网点的水平位置与高程。
因为矿区工程测量工作是一项重要内容，也是比较困难的工作，工作区域大多数是山地和丘陵地区，森林覆盖率比较高，国家控制点密度比较稀少，通视条件较差。因此，传统常规测量手段在效率和精度上很难满足矿区工程测量的要求。而GPS-RTK技术可以用于矿区的很多其他工程测量中，弥补常规测量在效率和精度上的不足。例如，在矿区测量中， GPS-RTK技术可以用于动态测量，测量矿区地形地貌图，纵、横断面图的测量以及钻孔的放样等测量工作。
通过以上对GPS―RTK技术在矿山测量中的应用进行的分析，我们可以看出,GPS-RTK技术在矿山工程的控制测量上优势及应用。所以GPS-RTK技术在矿山测量中具有很大的发展前景。
参考文献：
[1]栾元重.韩李涛.矿区GPS变形监测与变形分析[J].测绘工程.2002(02).
[2]张华海.李景芝.GPS定位技术在矿区地面形变测量中的应用[J].测绘通报.2000(04).
[3]李巧莲.刘军.GPS(RTK)技术在矿山测量中的应用[J].采矿技术.2006(03).
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