GPS—RTK技术在矿山测量中的应用及优缺点
摘要：文章简要介绍了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缺点，并就RTK技术在实际应用中遇到的问题提出相关的见解。
关键词：卫星；GPSRTK；动态定位；矿山测量
实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，它是GPS测量技术lGPS—RTK系统原理及构成发展的一个新突破，在矿山中的应用极为广泛，主要11基本原理用于矿区地形测量、爆破工程测量，采剥矿岩量验实时动态(RTK)定位系统由基准站、流动站和收、排土场和尾矿坝测量、钻孔、剖面点、探槽、取样数据链组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的钻孔、技术境界的标定和地质点的坐标放样与求测、保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为地质填图等。20008年在白云铁矿东采场1544基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连8m清扫平台和主采场166i续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，1482n清扫平台，全长60000余米勘探线的施工放样工作；东采场钻孔孔位通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，流的测量和靠界验收测量；以及2009年的排土场验收动站上的计算机(手簿)根据相对定位的原理实时工作中都采用了RTK技术，测量1～2s，精度就可计算显示出流动站的3维坐标和测量精度。这样用以达到..1～3cm，且整个测量过程不需要通视，效率户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解高，有着常规测量仪器不可比拟的优点。..算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。 1．2RTK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。
1．2．1GPS接收设备
在基准站和用户站上，分别设置双频GPS接收机。由于双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确的解算整周未知数。当基准站为多用户服务时，其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。 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、数据的传输速度。 1．2．3软件系统
支持实时动态测量的软件系统的质量和功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。这种软件系统突出的功能是能够快速解算整周未知数，选择快速静态、准动态、和实时动态等作业模式，实时完成对解算结 果的质量分析和评价。 2 GPS技术在矿山测量中的作业流程 2．1内业准备工作
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lO。 (3)若已知坐标转换参数，则输人手簿。
(4)实施工程放样。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求定测区转换参数
矿山测量是在WGS一84坐标系或独立坐标系上进行的，这就存在WGS一84坐标与独立坐标系的坐标转换问题。由于RTK作业要求实时给出当地坐标，这使得坐标转换工作非常重要。 (1)对于较大型的测区事先测定转换参数，在RTK作业时，直接输入参数和基准站坐标。利用高等级控制点同一点的2种坐标求出的转换参数。
(2)也可在RTK作业时临时求得转换参数。首先在对空视野开阔的地方设立基准站并采集单点定位WGS一84坐标，然后流动站联测3个以上的高等级的控制点，求解坐标转换参数。 2．3基准站的安置 (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200m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。
2．4 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，一般只需5～15s就可完成初始化而得到固定解J。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、勘探线剖面、勘探工程点的放样作业，每点采集记录时间约1～10s。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。可进行图形编辑，也可经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。在勘探工程点放样上，RTK同样能实时地提供导航数据，不仅可以使你快速找到点位，而且能提供定位精度。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够快速上线。利用GPS- --RTK放样，无需对讲机传递导航数据和方向，GPS电子手簿导航画面可以快速上点、上线，极大提高了工作效率，减轻了测量人员的工作强度。因此，RTK测量既可以实时提供点位坐标和高程，又可实时知道测量点位精度，能够较大地提高工作效率。同时从测量结果来看，RTK测量点位精度可达厘米级，完全能够满足矿山测量的需要。 3 RTK技术的测量速度
RTK技术的测量速度主要由初始化所需时间决定，初始化所需时间又由RTK技术差别、接收卫星的数量和质量、RTK数据链传输质量等因素决定，快速解算技术越先进，在一定的高度角下接收到的卫星数量越多、质量越好，RTK数据链传输质量越高，初始化所需时间就越短。在良好的环境条件下，RTK初始化所需时间一般为几秒；不良环境条件下(尚满足RTK基本工作条件)，技术先进的接收机也需要几分钟到十几分钟，而技术较差的接收机则很难完成初始化工作。我们目前使用的拓普康公司生产的HIPER双频RTK在良好的环境下，初始化所需时间为5S到.10min这取决于基线的长度和多路径效应的强烈程度。在不良环境下，仍能较顺利地进行RTK测量，主要是这种机型拥有先进的共同跟踪专利技术和多路经抑制专利技术，即使测区内有一部份地方环境恶劣，其观测值点位中误差仍在±2．5cm以内。 4 RTK技术的优点
(1)传统测量外业容易受到地形、气候、季节等诸多因素的影响，使测量精度、作业速度都受到很大限制，在能见度低，通视条件差的情况下，有些测量作业根本无法进行，而GPS—RTK技术解决了这个问题。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完5km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数。
(2)定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累，测站间无需通视。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和由于地形复杂、地物障碍而造成的通视困难地区都能快速的、高精度定位。
(3)综合测绘能力强，作业集成度高，易实现自动化。可胜任各种测量内、外业工作。基准站能够为不同用户提供多项信息输出，流动站利用内置软件控制系统，在作业时无需人工干预便可进行整周未知数的动态初始化解算，使辅助测量工作尽可能减少，作业精度也自动控制和记录，从而使自动化作业指挥系统的建立成为可能。
(4)操作简便，对作业条件要求不高，数据传输、处理、存储能力强，与计算机、全站仪等测量仪器通信方便。
(5)作业人员少，定位速度快，综合效益高。GPS接收机仅需一个人操作，在待测点等待1～2S即可获得该点的坐标，外业效率高，内业便于计算机处理，节省了时间和人力。 5 RTK技术的缺点
虽然RTK技术在矿山测量中有较广阔的应用前景，但经过工程实践证明，GPS—RTK技术存在以下方面不足。 (1)各观测值都是独立观测的，仪器是否处于正常状态，观测的数据是否可靠?在开始观测前、观测一段时间、观测结束前或仪器失锁都要联测已知点进行比对，以确定基准站和流动站参数是否设置正确，数据链通讯是否正常。
(2)受高程异常值问题的影响，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比较困难，精度也不均匀，影响 RTK的高程测量精度。(3)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，有时甚至无法获取固定双差解，这时可适当提高高度截止角。
(4)不能达到1000％的可靠度，在稳定性方面不及全站仪，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。 6结束语
在科学技术飞速发展的今天，GPS—RTK技术给测绘工作带来了革命性的变化，它改变了传统的测量模式，它能够实时完成厘米级定位精度，在不通视的情况下远距离测量坐标，它具有测量人员少、速度快、不需要同时观测、精度高等特点，能够极大地提高工作效率。但是它的作业方式是依赖于有足够的卫星数、稳健的数据链等外界条件，在矿山测量中显得很突出，有时会出现无法正常作业的情况，这就需要不断完善GPS —RTK技术，寻求先进的作业方式，使RTK技术不断成熟，才能够更好的服务于矿山测量。 参考文献
余小龙，胡学奎．测绘通报GPS—RTK技术的优缺点及发展前景[M]．北京：中国地图出版社(测绘出版社)，2007 [2]高成发． GPS测量[M]．北京：人民交通出版社．． 1994
