GPS-RTK技术在矿山测量中的应用

李新宁 权君娟

（宝鸡西北有色七一七总队有限公司 宝鸡 721015）

1 RTK技术简介

（1）RTK技术概述

实时动态(RTK)定位技术是以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，进行求差解算坐标的定位技术。RTK技术的发展是对GPS技术的重要补充及延伸，在交通规划、能源勘探、地质测量、城市建设等领域有着广阔的应用前景[1]。主要优势在于能够对被观测数据进行实时监测，能够有效延长观测时间，确保测量数据的详实可靠。同时RTK 技术的数据处理速度更快，迟滞性相比传统测量技术更低，拥有更高的工作质量和工作效率。

（2）GPS-RTK技术作业原理分析

GPS-RTK 系统主要由GPS接收机、数据传输系统、软件系统三大要素构成。其作业原理为:最少使用两台接收机，一台为基准站，一台为流动站，作业时各接收机同时作业，通过载波相位差分技术对两个测站的载波相位数据同时进行差分分析，从而获得测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并确保定位精度达到厘米级[2]。在具体运行时，基准站接收机假设在固定节点上，并借助所携带的系统获得卫星原始数据，然后通过串行端口发射无线电，再由移动基准站接收后，汇同移动基准站所采集的本机原始数据，比对分析、统一处理后，求得两个接收机间精确至厘米级的基线向量，从而在此基础上根据固定基准站已知的坐标求得流动站坐标。通常在RTK模式下进行作业，基准站借助数据链实现观测值与自身坐标信息的传输，流动站接收到相关信息后，结合自身所采集信息，在系统内通过差分观测计算方式实现对数据的实时处理，其耗时往往不超过1 秒，即使流动站处于移动状态，也可以直接开机作业，在运动状态下实现对周边环境模糊度的搜索求解[3]。

2 RTK技术的优势

RTK 技术中已经在多个领域得到了广泛应用，笔者在对该项技术进行研究时发现该技术拥有以下几个方面的优点：

（1）RTK技术集成化、自动化程度较高

RTK技术相比于传统测绘方法在野外环境具有更高的适用性，主要原因在RTK 技术集成化和自动化程度较高，并且在测绘工作进行过程中很少需要进行人为干预，大大降低了在实际测绘中产生人为因素误差的可能性[4]。

（2）RTK技术对作业条件要求宽容度高

由于矿山通常处于野外环境中，运用传统矿山测量技术进行测量时容易受到各种野外因素的干扰，导致测量结果产生较大误差，在一些地理状况较为复杂，通视条件较差的地区甚至无法使用传统的实视方法测量[5]。RTK 技术由于使用载波相位进行观测，在测量工作中可以基本忽视光学透视条件，只需要确保对天通视条件和电磁波通视条件就可以完成测量工作，能够有效克服地理因素带来的测量障碍，降低测量误差，提高测量结果的精准度。

（3）RTK技术得到数据精度高且效率好

在传统矿山测量工作中，全站仪的使用较为广泛，但全站仪由于体积较大，在多个测量点需要进行重复搬动，容易产生设备损坏或数据误差。针对小型矿山区域，RTK技术可以一次性对半径为10km的区域进行测量，相比全站仪不用进行搬动，大大减少了人力资源的投入，减轻了测绘的工作量且只需要满足简单的测量条件就可以达到较高精度测量要求，对于成本节约和测量效率的提高都有较大帮助[6]。

（4）RTK技术操作更为便捷，数据处理能力更强

相较于传统测量方法来说，RTK 技术的操作更为便捷，主要是对两个测量站的载波相位观测量进行差分测量，并且RTK 设备可以即时对得到的数据进行处理和储存，同时快速和其他设备进行通信，最终实现较为理想的测量效果，对整个矿山测量提供扎实的数据基础。

3 RTK技术的劣势

（1）RTK技术容易受到卫星系统稳定性的影响

在一些地区GPS 卫星的信号还未完全覆盖，同时对于有磁性的矿物的矿山地区，GPS 卫星信号会受到一定干扰，容易产生测量误差。在一些特殊地区，在每日白昼正午时段，卫星信号会受到电离层的影响或被遮挡的时间较长，缩减了RTK 技术在每日的作业时间。RTK 技术的使用需要基于一定的GPS卫星的数量，如果卫星数量小于4颗就无法开展测量工作，因此测量地点可使用的GPS 卫星数量和测量时段都非常重要[7]。

（2）RTK 设备的数据链传输容易受到干扰和限制

RTK设备在进行数据链传输时容易受到障碍物的干扰，传递的信号受环境影响会产生衰减，严重时会影响到测量精度。虽然RTK技术设备的标称作业半径为10km左右，但在洼地、盆地、山谷的实际作业中，实际有效半径比标称半径要小一些，因此在运用RTK技术进行测量时尽可能的要将RTK基准站安装在被测地区中央的最高点上。

（3）RTK技术存在高程异常问题

在运用RTK 技术进行测量时，必须要进行GPS高程和正常高度的数据转换，对于地理测量工作必须要保证其换算的准确精度。但从实际作业情况来看，矿山地区的地形较为复杂多变，RTK技术对高程的测量存在较大的误差，有时针对较为复杂的场地甚至无法测量，这在一定程度上对RTK 技术的应用产生了一定制约，需要通过技术更新手段不断提高RTK技术的适用面[8]。

（4）RTK技术对空通视度要求高

运用RTK 技术进行测量时对空通视度要求较高，这就导致在山区、林区或是在城市高楼密集区进行测量时，GPS卫星的信号会被遮挡，信号强度会被大大降低，很容易造成设备失锁，并且现阶段RTK设备的智能化还不够高，一旦失锁很难进行初始化操作，从而影响正常的作业进度。

4 RTK技术在矿山测量中的应用前景

（1）控制点的有效布设

在运用GPS-RTK 技术进行矿山测量前，必须要对测绘区域进行基本的数据资料收集工作。首先应当在测绘区域至少保证设置已有5个三角点、3个水准点。在设置好水准点的基准上再根据测绘区域的实际情况设置新的三角点和水准点，在确定的空间位置进行埋石。RTK设备在进行联网测试时要注意对基座稳定性的检查，确保基座汇总光学对中器的误差不超过2mm。在高程换算时一定要做好处理软件的平差处理，保证高程误差在±6mm 以内，确保数据整理工作的有序进行。

（2）根据控制点有效构建矿山控制网络

在完全进行矿山测量工作前，必须根据已有控制点先获得一份完整、详实的矿山地质资料，并对这些地质资料进行有效整合，将所有控制点构建一套完整有效的矿山控制网络，对矿山的地质资料进行实时监控，为矿山的后期开采建设提供更加精准有效的资料。在开展实际测量作业时，要尽可能的保证测量控制点的分布均匀且充足，保证所得的测量数据能够满足矿山控制网络的精准度需求。能够确保测绘工作的便捷性，大大降低测绘工程的人力资源、物质资源的成本投入。

（3）实时监测矿山地表变形问题

当前，我国对于地下煤炭资源、石油资源和水资源的过度开采会对地表、地形产生直接影响，严重时会导致地表沉降、滑坡等地质灾害，对于矿山测量来说很容易影响到矿山作业区的建筑物安全。GPSRTK技术能够有效对测量区域内的矿山整体地形进行实时监测，对于可能出现的地质灾害能够提供有效的预防信号，为矿区建设及矿山地表变形预防提供指导，保证矿区的生产安全。

（4）测绘信息的管理

矿山测量工程会收集到庞大的数据信息，这些数据信息对于测绘编图、工业园区建设等精度较高的工程都会有利用价值。RTK 技术凭借其高集成化、自动化的优势能够对庞大的数据信息实现自动化控制和综合处理。在实际作业过程中，工作人员要设置好信息智能化处理的精度和效率，提高数据传输的稳定性，为矿山数据自动化处理打下扎实的基础。首先，工作人员要做好原始数据优化分析、智能化删减的程序编写，确保所得的测绘数据都是详实可靠的。其次，针对RTK 技术信号传输衰减的问题，工作人员需要有效的提高数据资源的自动化控制及处理效率。

（5）尽可能减少人为因素干扰

现阶段矿山测量技术还无法实现完全的无人化智能操作，虽然RTK 设备的集成度和自动化程度较高，但还是需要人工进行操作，因此工作人员对于GPS-RTK技术设备的操作水平和技术理解还是会对测绘精度产生较大的影响。所以在实际测量作业环节中，必须选择专业能力过硬，技术水平领先的操作人员进行测绘工作，严格按照作业规范实施测绘工作，确保获得数据的准确性和科学性。

（6）数据处理及绘制地形图

矿山测量的最终结果是一份完善、详实的矿山地形图，在绘制地形图时一定要确保数据精准化的时效性。首先，在数据采集过程中，工作人员一定要对采集到的数据进行分析和筛选，对误差较大、不符合实际的错误数据进行处理；其次，针对高程转换数据进行准确、及时的转化；最后，在绘制地形图的过程中要充分利用绘图软件的优势，利用三维地形图进行对比，选用适当的比例尺，并且对无用的地物信息进行必要的删减工作，以确保地形图中展现的信息是详实准确且有足够实用价值。

5 结束语

综上所述GPS-RTK 目前在矿山测量中有较好的利用价值，此技术的应用能够大大降低矿山测量工作的成本投入和提高矿山测绘的数据精准度，相比传统矿山测量还能够适应条件更加苛刻的工作环境，在未来的测量工作中势必有更好地发展前景。在实际应用过程中，工作人员必须详细掌握技术的优劣势才能充分发挥应用此技术，为矿山测量工作提供高效便捷的测量先进技术。