GPS RTK技术在矿区测量工作中的应用研究

罗元培

摘 要：GPS-RTK技术是一种新兴的矿区测量技术，本文通过对GPS-RTK技术的工作原理和影响GPS-RTK技术定位精度的因素进行分析，探讨了GPS-RTK技术在矿山测量中的应用及其优越性，并就RTK技术在实际应用中可能遇到的问题提出了有益的见解。

关键词：GPS RTK；矿区测量；应用

1 概要

RTK(Realtime Kinematic)实时动态差分法，是一种全新的GPS测量方法。传统的静态、快速静态、动态测量等测量方法都需要测后利用随机软件进行解算才能获得结果，而RTK技术采用了载波相位动态实时差分方法，它能够在野外实时火到厘米级的定位精度，是GPS应用的重大里程碑。目前，随着GPS-RTK技术的不断发展和成熟，GPS-RTK已经广泛应用于测绘的各个行业，与常规的观测方法相比，GPS-RTK技术有作业效率高、定位精度高、作业自动化、集成化程度高、作业条件要求低、操作简便，容易使用，数据处理能力强等优点，具有很强的应用性。

2. GPS-RTK工作原理

GPS-RTK技术是GPS测量发展中的一个新的里程碑，它主要由GPS接收机、数据传输系统、软件系统三部分组成。它的工作原理是：至少使用2台GPS接收机(1台基准站，1台流动站)，并且必须同时工作，利用载波相位差分技术实时处理这2个测站的载波相位观测量进行差分处理。RTK定位技术就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。基准站接收机通常设在1个固定的点上)，通过基准站系统采集可用卫星的原始数据，巾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，南流动站电台接收基准站发来的包含基准站接收到的GPS原始数据的信息，电台将收到的基准站原始数据经南串门转往流动站接收机。与此同时，流動站GPS接收机会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统一进行处理，从而计算出2个接收机之间精确到厘米级的基线向量，最后，流动站接收机利用已知基准站的位置和基线向量计算流动站的坐标。根据基准站和流动站的工作原理，作业人员携带流动站系统在测区又快又准确地进行定位测量、放样和地形测量等其它测量工作。

3. GPS-RTK技术在矿山测量中的应用

3．1 矿区控制网的建立和使用

常规控制测量要求控制点之间相互通视，作业工序复杂，而且精度不均匀，外业中也不知道测量成果的精度。而用GPS-RTK技术进行控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，这样可以大大提高作业效率。求取坐标转换参数为了使GPS接收机中原始大地经纬坐标系统转换为当地坐标系统，必须先计算出坐标转换参数，而求取坐标转换参数必须己知至少3个高精度控制点的当地坐标值x、Y、H。

3.2 矿区地面形变测量

矿区地面形变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，通过与测前数据进行对比分析，得出地面点位的水平位移与下沉值，为变形分析与预测提供科学的依据。其常规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。用全站仪测定监测网的边长和角度，用水准仪测量个测点问的高差，并计算出监测网点的水平位置和高程。据资料显示，RTK测量点位精度可达厘米级，测得的WGS-84高程转换为1954北京坐标系高程后也可满足矿区变形监测的要求。

3．3 矿区工程测量

矿区的工程测量工作一直是一项重要内容，也是一直困扰着矿山工作者的难题。因为，工作区域大多是山地和丘陵区，森林覆盖率高，国家控制点密度较稀，通视条件较差。因此常规测量手段在效率和精度上就很难满足矿区工程测量的要求，而GPS-RTK技术除了上述应用外，还可用于矿区的很多其他工程测量，并能弥补常规测量在效率和精度上的不足。在矿区，GPS-RTK技术可用于动态测量矿区采煤地面沉陷积水面积、测绘矿区地形地貌图、纵、横断面图的测量以及钻孔的放样等。

4. GPS RTK的技术优势

(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的人力和设备的投入都比较少，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，因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陕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。在RTK作业模式下，只要能够满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为4km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。RTK技术当前的测量精度平面：±(10＋1×10-6D)mm；高程：±(20＋1×10-6D)mm。而传统的作业方法在进行测量时要逐级进行设站，造成误差也随着传递和累计，而采用GPS RTK进行测量时由于精度比较均匀，误差是相互独立的，不会积累，也不存在传递。

(5)基站与移动站之间不需要通视，观测距离远，全天24小时都可作业。

(6)完成基站设置后，整个系统可以由一个人操作即可，也可同时设置几个流动站，大大提高了效率。实践证明GPS-RTK的精度取决于GPS系统、RTK设备、测量环境、用户的使用水平和采用的方法，只要严格按照规范操作，是完全能保证测量质量的。

5. 应用体会

(1)由于RTK测量受诸多因素的影响，测量误差主要来自多路径效应、点位对中误差等，在测量过程中要尽量避免发生并减少其误差。移动站在接收卫星信号的时候还要接收基站电台发射的信号，尽量不要超过10km。

(2)星数问题限制了RTK技术的应用范围。在矿区工广内楼群比较密集、遮挡物较多或周围有强烈的电磁波干扰的地方，移动站锁定卫星的个数少于5个或锁接受卫星信号信噪比小时，很难达到测量需要的状态，这时应采用和全站仪相结合的方法，用RTK在附近测量两个图根点，再用全站仪进行测量。

(3)迁站过程中，当通过树下、立交桥、隧道时，会引起失锁。失锁后，必须重新初始化，确定整周模糊值。确定整周模糊值的时间和可靠性，取决于接收机的种类、所测星数、至基准站的距离、RTK软件的质量等因素。

(4)当进行一些矿区一般精度的放样、测绘工作时移动站的距离可以适当拉长，但是在进行1-3cm的定位精度的时候，移动站和基准站的距离，一般应限制在几公里的范围内，太长了精度将达不到要求。

(5)外业测量以后还要进行内业成图，如果测量点较多的话，还需要在外业测量时进行草图绘制，RTK提供的电子手簿里具有草图绘制功能，可以实时的进行绘制以及属性输入、图形编辑，随着RTK技术的推广，相信在矿区测量中会得到更加广泛的应用。

6.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在矿山工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三维坐标，这将彻底改变矿山测量的模式。

(3)只要我们科学设计、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：

[1]程广博 GPS-RTK在矿山测量中的应用[J]．山东煤炭科技，2009

[2]罗菲，邵金强 RTK技术在公路测量中的综合应用[J]．地矿测绘，2006

[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