北斗RTK测量系统在矿山测量中的应用分析

王大维

安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230000

RTK（Real-time kinematic，实时动态）载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。现代测量工作对数据精度的要求比较高，高精度测量是RTK测量系统的主要优势，北斗RTK测量系统是我国独立研发的一种依靠卫星进行测量的工作系统，能更好地满足矿山井上测量在内的各项工作要求。

1 矿山测量对测量系统的实际要求

1.1 较高的精度

矿山测量属于一种典型的户外测量，其中，井上测量面临复杂地形地貌的影响，金属矿还会带来一些电磁干扰，影响测量工作所获数据的精确性。在GPS-RTK测量系统投入使用后，针对矿山的井上测量工作得到了一定程度的优化，数据也较为精准，但该系统操作较为复杂、计算工作多、与我国实际情况存在一定差异，这些问题也是催生北斗RTK测量系统的关键。结合此前的研究资料，北斗RTK测量系统能够更好地满足矿山井上测量数据的精度要求。

1.2 较强的实时数据处理能力

数据处理能力是衡量测量系统功能的两个主要指标之一（另一个是数据精度），在此前的传统测量工作中，人员也可以保证数据精度，但测量工作耗时是RTK测量系统的10倍以上，且井上测量目标多、地形地貌复杂、测量时间长，工作的误差也较大。考虑到矿山井上测量的复杂性，所应用的测量系统必须具备强大的数据处理能力，在获取数据的瞬间完成传输和自动化计算，使数据得到高效率的处理，应对上述问题[1]。

1.3 较高的工作效率

工作效率包括系统使用的方便性、功能的可靠性、调整的便捷性等，矿山井上测量作为户外测量的工作内容之一，面对的情况较为多变，基本不可能采用某一固定手段完成全部测量工作，要求在存在调整需要时保证工作的效率和可靠性能。此前的GPS RTK测量系统能够相对有效的进行调整，但制约条件也比较多，北斗RTK测量系统是针对我国实际情况设计的测量系统，在调整、使用、功能性方面也能得到保证[2]。

2 北斗RTK测量系统的测量功能分析

2.1 分析对象

为了解北斗RTK测量系统的工作能力，建立了实验项目进行对照，参照目标为GPS RTK测量系统。应用两个系统分别对山东某地矿山进行井上测量，选取四个标准的测量点，对比指标为四个测量点定位信息准确性、高度以及测量总耗时，通过平均差检验的方式了解测量精度，通过对比的方式直接了解测量耗时差异。为确保数据的精度性，共进行5次实验，进行综合的数据分析。

2.2 结果对比

实验选取晴朗天气进行，且确保周围不存在较大河流（宽度8.4m以上）、湖面以及强大磁场干扰，在此基础上完成两组测量，所获数据如表1所示。

表1 实验数据

从结果上看，北斗RTK测量系统和GPS-RTK测量系统的工作能力相似，两个系统在定位信息均差上均不超过9′，且差异无统计学意义（p＞0.05），满足各类矿山测量的基本要求。在高度均差上，北斗RTK测量系统五次测量均差为（1.1±0.2）cm，GPS-RTK测量系统五次测量均差为（1.2±0.2）cm，结果上十分接近，且差异无统计学意义（p＞0.05），满足各类矿山测量的基本要求。在测量平均耗时上，北斗RTK测量系统五次测量耗时为（4.8±0.21）h，GPS-RTK测量系统则为（5.2±0.24），这一组数据对比，北斗RTK测量系统优势较为突出，差异具有统计学意义（p＜0.05），这表明北斗RTK测量系统更能够满足我国的实际测量需要。

2.3 核心结论

北斗RTK测量系统在工作原理上与GPS-RTK测量系统十分接近，均是借助卫星通信进行作业，但北斗RTK测量系统的位置报告和通信工作容错能力更强，尤其是进行井上测量作业时。原理上看，地面接收站与通信卫星构成了系统的核心工作单元，天线以及其他控制设备、数字设备、分析设备共同构成了完整的工作系统，北斗RTK测量系统基本结构图如图1所示。

图1 北斗RTK测量系统基本结构图

在测量工作中，卫星系统将所有获取的数据通过无线通信的方式传输给RTK基站，由基站的天线负责接收信号，并在接受完成的瞬间直接将信号传输给计算机进行实时处理。卫星（一般为12颗或者更多）与天线阵的通信活动是持续进行的，随着卫星位置的改变，天线阵元数目越多，接收效果越理想，持续增加的数据可以降低误差，最终生成三维模型，便于人员了解测量点的基本情况，出具图纸和测量报告。针对某一个点位的数据（横向或者纵向）总是以约束条件存在的，而且必然呈现数列模式，如X点，天线接收关于该点的高程数据一般是：

[X1、X2、X3、X4、X5、X6……Xn]；

所获数据越多，对X点高程的计算越精确，卫星在发射高程数据的同时，还会给出位置信息，该信息也以数列形式存在：

[Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6……Yn]。

一切数据计算工作都是在默认系统支持下自动进行的，效率可以得到保证，北斗RTK测量系统提供的实时位置信息便于地面人员调整测量位置，这是系统工作效率提升、容错能力较强的关键[3]。

3 北斗RTK测量系统应用时需注意的问题

图2 电离层大气粒子对信号传输的影响

北斗RTK测量系统应用于井上测量时，需要注意避免反射和降低误差。系统的通信工作主要为无线方式，因此当接收点（天线阵）附件存在镜面或者近似镜面条件时，信号接收端的效果会大为降低。在应用北斗RTK测量系统时，要求技术人员展开调查，了解周围环境，如果存在弧面、宽阔河流甚至宽阔的光滑建筑顶部，都要尽量远离。误差方面，电离层大气粒子会影响信号传输，造成误差（图2），要求在应用北斗RTK测量系统时设法控制。目前主要方式是进行信号的提纯，应用降噪技术提取纯净信号进行分析，如果条件允许，也可以进行二次、三次测量，取均值作为标准。此外，应尽量选取晴朗天气进行户外矿山测量。

4 结语

通过分析北斗RTK测量系统在矿山测量中的应用，了解了相关理论内容。矿山测量、尤其是井上测量对精度有较高要求，同时需要系统具备较高的工作效率和数据处理能力。北斗RTK测量系统与传统的GPS-RTK测量系统相比，精度上接近，但使用效率高，而且契合我国实际情况。在具体使用过程中需要避免镜面反射，同时对误差进行控制，使北斗RTK测量系统发挥优势，保证测量成果。