GPS―RTK技术在矿山测量中的应用与研究
[摘 要]本文简要介绍了GPS―RTK技术基本原理及构成，阐述了GPS―RTK技术在矿山测量中的应用，分析了GPS―RTK技术具体应用中的优势和优点，并就RTK技?g在实际应用中遇到的问题提出有益的见解。
[关键词]GPS；矿山测量；研究
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0116-01
在平原矿区的测量工作中，由于地面情况简单，使用常规测量仪器对矿区范围内的各种构筑物、地界、三下采煤观测、放样施上等进行施测是比较容易的。但随着社会经济的发展，国家建设对煤炭资源的消耗量日益增加，导致煤炭资源被大量开采，现已接近贫乏，这使得矿区建设不得不向深部发展，山区地形地貌复杂以及矿区范围内的各种沉陷造成地面测量控制点破坏、控制点不通视等实际情况，传统的测量技术使得测量效率和精度都得不到保障，因此，有必要寻求一种快速高效的测量手段以适应山区矿山建设的发展。
1 GPS―RTK系统原理及构成
1.1 基本原理
RTK测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS（RTDGPS）测量技术。实时动态测量的基本原理是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电传输设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标，其精度可达到厘米级。这样通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测结果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。
1.2 RTK测量系统的构成
RTK测量系统主要由GPS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
由于双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确地解算整周未知数，所以在基准站和用户站上都设置双频GPS接收机。当基准站为多个用户服务时，则接收机的采样率应与用户接收机的最高采样率相一致。
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电台与用户设备的接收机组成，其频率和功率的选择主要取决于用户站与基准站的距离、环境质量以及数据的传输速度。
2 GPS技术在矿山测量中的作业流程
2.1 内业准备
在实施GPS外业测量前，应事先对测区进行踏勘，根据矿山测量的特点完成内业的准备工作，主要包括以下几个方面的内容：
（1）根据工程项目，设定工程名称；
（2）参数设置：基准站的数据采样率一般为4～5S，流动站的数据采样率一般为1～2S，高度截止角通常设定为10度。
（3）若已知坐标转换参数，则输入手簿。
（4）实施工程放样前，内业输入每个放样点的设计坐标、线路方位角，以便野外实时、准确放样。
2.2 基准站的安置
为保证观测的精度和提高工作效率，基准站的安置应满足下列条件。
（1）基准站可设立在精确坐标的已知点上，也可设立在条件较好的未知点上；
（2）基准站安置应选择在地势较高、通视无遮挡、电台有良好覆盖区域的地方，首选是测区中央地区。
（3）为防止多路径效应和数据链的丢失，基准站200米范围内应无高压电线、电视差转台、无线电发射台等干扰源，周围应无GPS信号反射源。
（4）基准站电台的天线应架设在GPS接收机主机的北方。因为南北极附近是卫星的空洞区。
2.3 GPS―RTK施测及放样
在测区首级控制的基础上，利用点校正方法，求解坐标系统转换参数；选择对天通视较好，四周无各种强电磁干扰源的地方设置基准站。当测区可见GPS卫星数在5颗以上、PDOP值小于6时，一般只需5～15秒就可完成初始化而得到固定解。每台移动站只需一人即可进行测量作业，每次开始作业应对已知控制点进行检查，确保系统无误后，应用GPS电子手簿即可进行地形地物点、勘探坑道的采集或勘探线剖面、勘探工程点的放样作业，每点采集记录时间约1～10秒。实时动态RTK数据处理相对简单，外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统，直接下载到计算机内。如在勘探线上加放点和测点，依据GPS电子手簿显示的定线导航数据同样能使你快速上线。利用GPS-RTK放样，无需对讲机传递导航数据和方向，GPS电子手簿导航画面让你轻松快速上点、上线，极大提高了工作效率，减轻了测量人员的工作强度。
3 RTK技术的优点
（1）具有实时性，这是一般的测量设备所不具备的，而且放样精度能达到厘米级别。
（2）RTK测量作业效率高。根据有关资料对比分析，GPS―RTK测量作业效率是传统导线测量的2～4倍。GPS―RTK的人力和没备的投入都比较少，常规测量手段需要的人力和设备的投入是GPS―RTK测绘手段的3倍左右。
（3）GPS―RTK测量成果在野外观测时是实时提供的，冈此能在现场进行校核数据，这是传统测量所不能及的。
（4）GPS―RTK测量的关键技术之一是快速解算载波的整周未知数，达到了快速，高精度，而且即使遇到障碍物失锁也可在重新捕获卫星并在数分钟后继续测量的技术前沿。
4 RTK技术存在的问题与对策
4.1 GPS―RTK测量技术的不足
虽然RTK技术在矿山测量中有较广阔的应用前景，但是由于矿区环境较复杂，所以存在一些不利于RTK作业的因素，如山谷、森林大面积水域、高压线等。通过实际的应用，笔者发现RTK技术在矿山测量中的一些问题：
（1）由于各观测值都是独立观测的，因此，在开始观测前、观测一段时间、观测结束前或仪器失锁后都要联测已知点进行比对才能检查仪器是否处于正常状态，观测的数据是否可靠。
（2）在山谷深处、密集高楼林立区等，RTK技术的使用将受到限制。
（3）我国在有些地区的高程异常图，特别是山区，存在较大误差，个别地区甚至还是空白，这就使得将GPS大地高程转换为正常高程的工作变得相对困难，精度也不均匀。
（4）由于卫星高度截止角大小不当，在测量过程中，有时会出现在某个时间段或区域内解算时间较长，甚至无法获取固定双差解。
（5）外业作业时，需要多块大容量电池、电瓶电力供应才能保证连续作、世以保证效率。
4.2 GPS―RTK测量中的注意事项
（1）为了保证精度，作业过程中移动站和基站间的距离尽量不要超过10km，因为GPS―RTK在测量过程中将有误差来源，如多路径效应、点位对中误差等。
（2）由于外业测量得最终目的是内业成图.如果测量点较多的话，为了成图的精确性，在外业测量时还需要进行草图绘制。
（3）为了获得较高的高程定位精度，应尽量与测区均匀分布的控制点联测，以求得较精确的高程转换参数。
5 结论
从前面的叙述可知，与传统的观测方法比较，RTK技术具有集成化、自动化高的特点，适应矿区动态测量和经常化的要求，因此，GPS―RTK在矿山T程测量上具有很大的发展前景。
（1）GPS―RTK作业精度高且不受环境和距离的限制，在地形条件困难地区、局部重点工程地区等施测也很方便。
（2）GPS―RTK能实时地得出所在位置的空间i维坐标，这将彻底改变矿山测量的模式。
（3）只要我们科?W设计、精心施测，GPS―RTK完全可以满足矿区控制网的布设和矿区变形监测的要求。
参考文献
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