試論GPS―RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

1、試論GPSRTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用 試論GPSRTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用 【摘 要】RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，是一種全新的GPS 測(cè)量方法，與常規(guī)的觀測(cè)方法相比，GPS- RTK技術(shù)有作業(yè)效率高、定位精度高、作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高、作業(yè)條件要求低、操作簡(jiǎn)便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。本文探討了 GPS- RTK 技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用問題。 【關(guān)鍵詞】GPS- RTK；礦山測(cè)量；應(yīng)用 1.GPS-RTK工作原理及構(gòu)成 GPS-RTK技術(shù)是 GPS測(cè)量開展中的一個(gè)新的里程碑，它主要由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三局部組成。它的工作原理是：至少使用 2 臺(tái)GPS

2、接收機(jī)，并且必須同時(shí)工作，利用載波相位差分技術(shù)實(shí)時(shí)處理由這2個(gè)測(cè)站的載波相位觀測(cè)量進(jìn)行差分處理。RTK 定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并到達(dá)厘米級(jí)精度?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)通常設(shè)在1個(gè)固定的點(diǎn)上，通過基準(zhǔn)站系統(tǒng)采集可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)，由串行端口送至無線電發(fā)射臺(tái)，發(fā)射電臺(tái)對(duì)包裝后的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行播送，由流動(dòng)站電臺(tái)接收基準(zhǔn)站發(fā)來的包含基準(zhǔn)站接收到的GPS原始數(shù)據(jù)的信息，電臺(tái)將收到的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)經(jīng)由串口轉(zhuǎn)往流動(dòng)站接收機(jī)。 與此同時(shí)，流動(dòng)站GPS接收時(shí)機(jī)在其當(dāng)前位置采集本機(jī)的原始數(shù)據(jù)。來自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)與流動(dòng)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)聚

3、集在流動(dòng)站接收機(jī)中統(tǒng)一進(jìn)行處理，從而計(jì)算出2個(gè)接收機(jī)之間精確到厘米級(jí)的基線向量，最后，流動(dòng)站接收機(jī)利用基準(zhǔn)站的位置和基線向量計(jì)算流動(dòng)站的坐標(biāo)。根據(jù)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的工作原理，作業(yè)人員攜帶流動(dòng)站系統(tǒng)在測(cè)區(qū)又快又準(zhǔn)確地進(jìn)行定位測(cè)量、放樣和地形測(cè)量等其它測(cè)量工作。RTK測(cè)量系統(tǒng)主要由 GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。 2.影響GPS-RTK測(cè)量精度的要素分析 2.1基準(zhǔn)站的選擇 基準(zhǔn)站的選擇是 GPS-RTK測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。GPS-RTK測(cè)量能否成功實(shí)現(xiàn)，在很大程度上取決于基準(zhǔn)站系統(tǒng)是否正確安置在適宜的站點(diǎn)上。為保證觀測(cè)的精度和提高工作效率，基準(zhǔn)站的安置應(yīng)滿足以下條件：基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)立在精確

4、坐標(biāo)的點(diǎn)上或條件較好的未知點(diǎn)上?；鶞?zhǔn)站安置的地方應(yīng)具有地勢(shì)較高、通視無遮擋、電臺(tái)覆蓋良好覆蓋等特點(diǎn)，最好是測(cè)區(qū)中央地區(qū)。為防止多路徑效應(yīng)和數(shù)據(jù)鏈的喪失，基準(zhǔn)站200米范圍內(nèi)應(yīng)無高壓電線、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)、無線電發(fā)射臺(tái)等干擾源，周圍應(yīng)無GPS信號(hào)反射源?；鶞?zhǔn)站電臺(tái)的天線應(yīng)架設(shè)在GPS接收機(jī)主機(jī)的北方以避開南北極附近衛(wèi)星的空洞區(qū)。 2.2轉(zhuǎn)換參數(shù) GPS-RTK 測(cè)量的是測(cè)點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中位置，而實(shí)際工作中使用的坐標(biāo)系統(tǒng)一般為1954北京坐標(biāo)系。這兩個(gè)坐標(biāo)系由于各自橢球體定位的參數(shù)不同，在坐標(biāo)上有很大的差異，有的礦區(qū)甚至能差到幾百米，而且還存在著方向的旋轉(zhuǎn)。鑒于此，在進(jìn)行GPS-RTK測(cè)量時(shí)，

5、首先應(yīng)測(cè)定整個(gè)礦區(qū)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在GPS-RTK測(cè)量過程中，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)也將對(duì)GPS-RTK測(cè)量成果的精度產(chǎn)生很大的影響，如果基準(zhǔn)參數(shù)誤差過大，那么無論觀測(cè)工作多么好，其定位的精度也將會(huì)很差。 2.3觀測(cè)時(shí)間的選擇 GPS測(cè)量是利用接收機(jī)接收衛(wèi)星播發(fā)的信息來確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。測(cè)量結(jié)果的誤差將來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過程和地面接收設(shè)備。在這些誤差來源中，來自GPS衛(wèi)星和衛(wèi)星信號(hào)傳播過程中的誤差，是用戶無法消除的。用戶使用的只GPS接收機(jī)，因此在實(shí)際工作中，應(yīng)做好衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)，選擇有利的觀測(cè)時(shí)段，保證觀測(cè)時(shí)GPS接收機(jī)的PDOD值小于6，這對(duì)保證GPS的定位精度、減小GPS的誤差將起很大

6、作用。 2.4儀器設(shè)備和設(shè)備使用者的影響 此外，GPS-RTK的測(cè)量精度還將由于GPS-RTK測(cè)量設(shè)備，儀器性能和抗干擾能力等的不同而受到影響。再者，由于設(shè)備使用者的不同，施測(cè)時(shí)，作業(yè)人員的技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)和處理問題的方法、使用軟件系統(tǒng)的熟練程度，也直接影響GPS-RTK的定位精度。因此，在實(shí)際觀測(cè)前，要進(jìn)行測(cè)量人員的技術(shù)培訓(xùn)，以提高實(shí)際工作效率。 3.GPS-RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用 現(xiàn)代礦山建設(shè)中，礦區(qū)各項(xiàng)建設(shè)工作都離不開大量圖紙的測(cè)繪，而且由于社會(huì)開展迅速、對(duì)煤礦資源的需求日益增加，礦山建設(shè)步伐不斷加快，導(dǎo)致礦區(qū)地表變化日新月異，為了能給決策者提供準(zhǔn)確的信息，必然對(duì)圖紙的現(xiàn)實(shí)性要求

7、高。因此，礦山測(cè)量工作者需要不斷地對(duì)礦區(qū)地形圖進(jìn)行補(bǔ)測(cè)和修測(cè)，并測(cè)繪大量的專用地籍圖、規(guī)劃地形圖，而 RTK技術(shù)的優(yōu)越性給測(cè)圖工作者帶來了很大的便捷，與傳統(tǒng)測(cè)量手段相比大大減小了工作量，提高了工作效率。 3.1礦區(qū)控制網(wǎng)的建立和使用 常規(guī)控制測(cè)量要求控制點(diǎn)之間相互通視，作業(yè)工序復(fù)雜，而且精度不均勻，外業(yè)中也不知道測(cè)量成果的精度。而用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度，這樣可以大大提高作業(yè)效率。在精度方面，GPS-RTK的精度完全滿足礦區(qū)控制網(wǎng)的要求，應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位可達(dá)厘米級(jí)的精度。因此，GPS-RTK技術(shù)運(yùn)用于礦區(qū)的控制網(wǎng)布設(shè)，不但測(cè)量

8、精度能夠到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且快捷方便，省時(shí)省力。 3.2求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù) 為了使GPS接收機(jī)中原始大地經(jīng)緯坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，必須先計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，而求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)必須己知至少3 個(gè)高精度控制點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)值 X、Y、H。 3.3礦區(qū)地面形變測(cè)量 礦區(qū)地面形變測(cè)量的目的是在不同時(shí)間段測(cè)定地面點(diǎn)的水平位置和高程，通過與測(cè)前數(shù)據(jù)進(jìn)行比照分析，得出地面點(diǎn)位的水平位移與下沉值，為變形分析與預(yù)測(cè)提供科學(xué)的依據(jù)。其常規(guī)測(cè)量方法一般是先在礦區(qū)地面布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和形變觀測(cè)點(diǎn)組成變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)。用全站儀測(cè)定監(jiān)測(cè)網(wǎng)的邊長(zhǎng)和角度，用水準(zhǔn)儀測(cè)量個(gè)測(cè)點(diǎn)間的高差，并計(jì)算出監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的水平位置和高程。 3.4礦區(qū)工程測(cè)量

9、 礦區(qū)的工程測(cè)量工作一直是一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是一直困擾著礦山工作者的難題。因?yàn)?，工作區(qū)域大多是山地和丘陵區(qū)，森林覆蓋率高，國(guó)家控制點(diǎn)密度較稀，通視條件較差。因此常規(guī)測(cè)量手段在效率和精度上就很難滿足礦區(qū)工程測(cè)量的要求，而GPS-RTK技術(shù)除了上述應(yīng)用外，還可用于礦區(qū)的很多其他工程測(cè)量，并能彌補(bǔ)常規(guī)測(cè)量在效率和精度上的缺乏。在礦區(qū)，GPS-RTK技術(shù)可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量礦區(qū)采煤地面沉陷積水面積、測(cè)繪礦區(qū)地形地貌圖、縱、橫斷面圖的測(cè)量以及鉆孔的放樣等。 4.結(jié)論 與傳統(tǒng)的觀測(cè)方法比擬，RTK技術(shù)具有集成化、自動(dòng)化高的特點(diǎn)，適應(yīng)礦區(qū)動(dòng)態(tài)測(cè)量和經(jīng)?；囊?，因此，GPS-RTK在礦山工程測(cè)量上具有很大的開展前景。GPS-RTK作業(yè)精度高且不受環(huán)境和距離的限制，在地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等施測(cè)也很方