摘要 :隨著社會進步 ,現代礦山測量的工作重要性日益顯現 ,礦山測量工作者的任務也在加重。測量新技術 ——RTK定位技術在礦山測量多方面的應用將極大地提高測量工作效率和成果的可靠性 ,隨著其技術的不斷成熟 ,具有很大的技術推廣價值。

關鍵詞 :現代礦山測量 ; RTK定位技術 ;應用體會

1　R TK定位技術簡介

實時動態測量(RTK) Real Time Kinematic定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態GPS定位技術,它是GPS測量技術發展中的一個新突破,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。在RTK作業模式下,基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據,還要采集GPS觀測數據,并在系統內組成差分觀測值進行實時處理。流動站可處于靜止狀態,也可處于運動狀態。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術。

RTK技術優點

(1)作業效率高:在一般的地形地勢下,高質量的RTK設站一次即可測完4 km半徑的測區,大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數,僅需一人操作,在一般的電磁波環境下幾秒鐘即得一點坐標,作業速度快,勞動強度低,節省了外業費用,提高了勞動效率。

(2)定位精度高,數據安全可靠,沒有誤差積累:只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業半徑范圍內(一般為4km) , RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。RTK技術當前的測量精度

平面10 mm + 2 ppm; 
高程20mm + 2ppm。

(3)降低了作業條件要求: RTK技術不要求兩點間滿足光學通視,只要求滿足“電磁波通視”。因此,和傳統測量相比, RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小,在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區,只要滿足RTK的基本工作條件,它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。

(4) RTK作業自動化、集成化程度高,測繪功能強大: RTK可勝任各種測繪內、外業。流動站利用內裝式軟件控制系統,無需人工干預便可自動實現多種測繪功能,使輔助測量工作極大減少,減少人為誤差,保證了作業精度。

(5)操作簡便,容易使用,數據處理能力強:只要在設站時進行簡單的設置,就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強,能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信,手簿軟件的使用簡單易學。
2　R TK定位技術在礦山測量中的應用

在礦區地形圖和地籍圖測繪中的應用礦區地理信息的采集和管理、礦區儲量管理和開采監督、礦區土地復墾開發和生態環境整治、礦區規劃建設等都離不開大量的圖紙測繪工作,而且由于社會發展快、礦區地表變化日新月異,為了能給決策層提供準確的信息,必然對圖紙的現勢性要求高。礦山測量工作者需要不斷地對礦區地形圖進行補測和修測并測繪大量的專用地籍圖、規劃地形圖,而RTK的技術特點給我們的測圖工作帶來很大的便捷,與傳統測量手段相比大大減小了工作量,提高了工作效率。

結合上述RTK技術特點和實際應用體會,補充說明一下其在測圖工作中的便利。

(1)減少了人員投入。RTK測圖只需2 -3人便可完成,且作業效率和精度大大提高,出錯率減少。基準站安置好以后在儀器有效作業半徑內不需遷站。

(2)在控制點上安置好基準站以后,便可用流動站測量,無需再布設測圖圖根點進行圖根控制測量了。

(3)在建筑物密集區,用RTK測設圖根控制點配合全站儀進行測圖,會大大提高測圖精度和速度。

在礦區工程測量中的應用礦區工程測量(除井巷工程)主要包括:礦區地面建設工程測量、土地勘測定界、地面三維空間定位、開采沉陷地表巖移站觀測、開采災害防護與監測等項工作。由于RTK能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并且各種機型均具有坐標放樣功能,其在工程定位和工程放樣中的便利不必贅述,本文重點介紹一下其在開采損害監測和地表巖移站觀測中的應用。GPS技術近年來被廣泛應用于礦區開采損害監測的變形觀測中,主要有兩種方式:周期性觀測和基準站連續運行監測方式。由于連續運行監測方式需要每個監測點上都固定一臺 GPS雙頻接收機 ,系統運行成本太高 ,在礦山沒有應用推廣價值。目前主要采用設立觀測站進行周期性觀測的方式。RTK的應用主要是測量各個觀測點的兩維坐標 ,從而得到測點的水平移動變形數據。筆者所在的龍口礦區 ,近年來與唐山煤科院礦山測量所合作設立了多個地表巖移觀測站 ,并進行了大量的觀測工作。

通過實測資料分析 ,對 RTK的應用得到如下幾個方面的體會 : 

(1)巖移觀測站的全面觀測中需要測量測線交叉點的坐標及進行各個測點的支距測量 ,利用 RTK配置強制歸心裝置測量各個點位坐標 ,將數據傳輸到計算機 ,在計算機中進行數據分析 ,不但比傳統測量方式測量速度快、數據精度高 ,而且數據分析方便。根據比較統計 ,相比用經緯儀和全站儀測量 ,工作效率能夠提高一倍 ,數據精度穩定、質量高、出錯率少。 

(2)觀測站周圍應設立 

2-3個高精度測量控制點 ,控制點應與礦區控制點進行聯測 (最好用靜態 GPS)并盡量設置在地質條件穩定的制高點上 ,控制點離觀測線的距離不超過 4 km,周圍多路徑效應影響因素盡量要少。每次測量參考站應安置在同一控制點上,用其它控制點檢核。當測區內有GPS永久性跟蹤站、國家A或B級網點、GPS地殼形變監測點時,應首先選用作參考站點明了這一點。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區中央的最高點上。 

(4)初始化能力和所需時間問題。在山區、一般林區、城鎮密樓區等地作業時, GPS衛星信號被阻擋機會較多,容易造成失鎖,采用RTK作業時有時需要經常重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強、所需時間短的RTK機型。 

(5)高程異常問題。RTK作業模式要求高程的轉換必須精確,但我國現有的高程異常圖在有些地區,尤其是山區,存在較大誤差,在有些地區還是空白,這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相當困難,精度也不均勻。 

(6)電量不足問題。RTK耗電量較大,需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續作業,最好選用汽車用電瓶。 

(7)精度和穩定性問題。RTK測量的精度較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響。不同質量的RTK機型,其精度和穩定性差別較大。要解決此類問題,首先要選用精度和穩定性都較好的高質量機種,然后,要在布設控制點時多布置一些“多余”控制點,作為RTK測量成果質量控制的檢核點。 

3　R TK的不足及其解決辦法 

(1)受衛星狀況限制。當衛星系統位置對美國是最佳的時候 ,世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋 ,容易產生假值。另外 ,在高山峽谷深處及密集森林區、城市高樓密布區,衛星信號被遮擋時間較長 ,使一天中可作業時間受限制。產生假值問題采用 RTK測量成果的質量控制方法可以發現。作業時間受限制可由選擇作業時間來解決。 

(2)天空環境影響。白天中午 ,受電離層干擾大 ,共用衛星數少 ,常接受不到 5顆衛星 ,因而初始化時間長甚至不能初始化 ,也就無法進行測量。我們做過試驗 ,在同樣的條件和同樣的地點上進行 RTK測量 ,上午 11點之前和下午 3: 30分之后 , RTK測量結果準而快 ,而中午時分 ,很難進行 RTK測量。可見選擇作業時段的重要性。 

(3)數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小的問題。RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾 ,在傳輸過程中衰減嚴重 ,嚴重影響外業精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。另外 ,當 RTK作業半徑超過一定距離 (一般為幾公里 ,每種機型在不同的環境又各不相同 )時 ,測量結果誤差超限 ,所以 RTK的實際作業有效半徑比其標稱半徑要小很多 ,工程實踐和專門研究都證研究表明 , RTK確定整周模糊度的可靠性最高為 95% , RTK比靜態 GPS還多出一些誤差因素如數據鏈傳輸誤差等。因此 ,和 GPS靜態測量相比 , RTK測量更容易出錯 ,必須進行質量控制。 

質量控制的方法主要有 : 
a1已知點檢核比較法 ————即在布測控制網時用靜態 GPS或全站儀多測出一些控制點 ,然后用 RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核 ,發現問題即采取措施改正。 
b1重測比較法 ————每次初始化成功后 ,先重測 1-2個已測過的 RTK點或高精度控制點 ,確認無誤后才進行 RTK測量。 
c1電臺變頻實時檢測法 ————在測區內建立兩個以上基準站 ,每個基準站采用不同的頻率發送改正數據 ,流動站用變頻開關選擇性地分別接收每個基準站的改正數據從而得到兩個以上解算結果 ,比較這些結果就可判斷其質量高低。 

以上方法中 ,最可靠的是已知點檢核比較法 ,但控制點的數量總是有限的 所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量成果 ,電臺變頻實時檢測法的實時性好 ,但它需具備一定的儀器條件。 

5　結　語 
實踐證明 (GPS) RTK測量技術給現代礦山測量帶來了重大的技術手段變革 ,極大地方便了礦山測量工作者的日常工作 ,隨著其技術的不斷進步,必將給礦山測量帶來更大的便利 ,其在礦山測量中的應用領域將更為廣泛。 

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