矿山测绘中GPS-RTK技术应用分析

矿山测绘中GPS-RTK技术应用分析

肖飞

云南锡业集团（控股）有限责任公司云南个旧661000

摘要：分析GPS-RTK技术在矿山测绘作业中发挥的作用，通过描述GPS-RTK技术的相关内容，分析GPS-RTK技术作业原理和构成，并对其在矿山测绘中的具体应用加以总结，同时分析其在现代应用中存在缺陷和应注意事项，希望可以对GPS-RTK技术在矿山测绘中发挥更大的作用得到更加广泛地应用提供理论帮助。

关键词：GPS-RTK技术；矿山测绘；构成；应用

引言

随着中国现代化建设的不断发展，有色金属作为一种关键性资源是不可缺少的。随着矿石的大量的开采，矿山企业逐步把目标转向山区。但山区地质构造的复杂性和矿区开采面临的沉陷问题，都有可能使地面测量控制点损坏，在测量精准度和测量效率可靠性这块传统测量技术比较低。为了解决这种情况，人们开始使用高效、迅速并且能够很好适应各种复杂地形的新型测绘技术——GPS-RTK。随着这个技术的广泛使用，加强对这个应用的分析可以更好地保障矿山的后期生产，对人们的生产生活具有非常重要的意义。

1、RTK技术简介

RTK技术全称为实时动态差分法，属于一种新型的GPS卫星定位技术。与传统的静态与动态测量技术相比，RTK技术使用的是载波相位动态差分的方法，不但可以对数据进行迅速高效的解读，同时还可以使其在野外的测量进准度达到厘米级别，另外还具有很多优点比如：测量作业自动化程度高、环境要求低、操作简单、容易掌握等等。因为有很强的适用能力，所以在矿山、铁路、电力等很多领域都有极其广泛的应用前景。

2、GPS-RTK技术作业原理与构成分析

（1）GPS-RTK技术构成分析

GPS-RTK系统主要是由GPS接收装置、数据传输系统与数据处理软件系统三个部分构成的。

①GPS接收装置RTK系统中双频GPS接收装置在基准站还有移动站中都会安装，主要是因为双频GPS接收装置有结算迅速、整周未知数、精确度高等优点，而且其接收机的采用率只要同移动站的采用率保持一致时基准站就可以同时为多个用户提供服务，即可实现同步的多用户作业。

②数据传输系统数据传输系统包括无线电发射电台和用户接收机两个部分，也被称为数据链，根据用户站同基准站之间的间隔、环境状况、数据传输速率等因素来选取数据传输系统设备的频率与功率[2]。

③数据处理软件系统该软件系统通过支撑动态测量作业中需要的系统质量，来确保动态测量所得结果的可靠性与精准性。

（2）GPS-RTK技术作业原理分析

GPS-RTK系统有三大构成要素主要是GPS接收机、数据传输系统和软件系统。它的作业原理是：GPS-RTK系统在工作时，使用两台以上的接收机（其中一台为基准站，一台为流动站），让各个接收机也同时工作，然后利用载波相位差分技术对基准站和流动站的载波相位数据同时进行差分分析，从而得到定位精确度达到厘米级别的两个站点在指定坐标系中的三维定位结果。同时还要确保，在具体运行的时候，把基准站接收机固定在一个节点上，并且借助携带的系统获得卫星的原始数据，然后通过串行端口发射无线电，由流动站接收，然后汇总流动站采集的本机的原始数据，经过比对分析、统一处理之后，计算求得两个接收机之间精确到厘米级别的基线向量，从而在这个基础上根据固定基准站已知的坐标求得流动站的坐标[1]。这些操作通常在RTK模式下进行，流动站需要接收基准站借助数据链实现的观测值和坐标的信息，进一步结合自身所采集的信息，通过差分观测计算方法实现对系统内数据的实时处理，因为这个操作耗费的时间不会超过1s，所以无论流动站处于静止还是移动状态，都是可以直接开机作业的，尤其在运动状态下也可以实现对周边环境模糊度的搜索求解。

3、GPS-RTK技术在矿山测绘中的应用

（1）构建矿山控制网络

为了高效地获得整个矿山完整、详细的地质资料，我们可以通过GPS-RTK技术对矿山进行全面测绘作业，同时对地质资料进行整合，从而构建起完整的矿山控制网络，为矿山的后期建设提供详细准确的资料。在实际的测绘作业中，需要在矿山的测绘区域内部设置均匀而且充足的测控点，根据计算求得测控基点平均差值获得各个测控点位置的精确值，从而保证矿山控制网的精准度。因此可以说，借助GPS-RTK技术构建矿山的控制网络不仅让控制网的精确度提高，而且测绘过程也会更加方便，大大的缩减了测绘作业的强度和成本，这是矿山控制网测定的最佳选择[3]。

（2）监测矿山地表形状

地下开采矿石资源也会对地上的地表和地形产生一定程度的影响，严重的会引起地表下沉，从而造成到地表建筑物的倾斜坍塌威胁矿区安全。为了对矿区整体的地表地形开启全面有效的实时监控，及时发现任何可能出现的地表变形下降事故，同时对已经发生的地标变形量进行精确的测算，及时的推测出地表变形的方向与速度，保障矿山作业的安全，我们需要借助GPS-RTK技术来得到有效的资料。根据以往GPS-RTK技术在矿山地表变形监测中发挥的作用，有效的资料数据说明了GPS-RTK技术在水平位移与垂直位移测定上都有很好的应用效果，数据精准能够满足矿山测绘需求。

（3）矿山工程测量

矿井建设前一定要进行矿山测量工作，长期以来，矿山工程测量作业是一项非常重要的基础工作，同时也是困扰矿山建设施工人员的难题。由于矿山地域面积非常广区域内地形多变而且森林的覆盖面积大，导致区域内国家控制点分布稀疏，交通环境较差，如果只是通过常规的测量技术对矿山的区域进行测绘不但消耗的时间长而且得到的结果在精确度上也不能满足矿区工程测量的要求。除此之外，为了对矿区范围内的特殊地形比如河流、湖泊、山峰等，对这些地形的地貌图、横纵断面图进行测量。可以借助GPS-RTK技术的动态测量功能，从而对完善矿井地质资料数据库的构建提供便利和帮助[4]。

4、GPS-RTK技术应用中的缺陷与注意事项

（1）GPS-RTK技术的缺陷

众所周知，金无足赤人无完人。作为一种高效的新型测绘工艺，GPS-RTK技术虽然在矿山测绘中有着十分广阔的应用前景，但是在实际的使用中也会表现出一些不足之处，根据笔者的自身经验总结归纳为

a)由于GPS-RTK技术获得的数据都是独立观测的，所以在进行观测作业的一系列步骤中（开始观测作业之前、观测进行一段时间、观测作业完成前或仪器失锁后）都应该联系测量已知点进行整体对比分析，从而确保仪器是在正常运行的，确定通过GPS-RTK技术观测得到的数据是正确可靠的；

b)在高层建筑物密集的城市地区和大山深处山脉密集的区域，GPS-RTK技术的应用会受到一定程度的限制；

c)现阶段，中国山区的高程异常图还存在着一定的误差，甚至一些地区完全空白，这会导致GPS大地高程在转化成正常高程数据时的难度大幅度增加，数据精准度大幅度下降；

d)卫星高度截止角的大小不确定性，会导致测绘作业的某一个时间段或某一个区域解算运行耗费时间延长，甚至不能解算出正常的数据；

e)GPS-RTK技术耗电能力非常强，使用安装GPS-RTK技术的仪器在外出作业的过程中，一定要携带多块大容量的电池或电瓶才能有效确保设备运行过程中的电力供应。

（2）GPS-RTK技术应用中的注意事项

a)GPS-RTK技术测量作业存在多种误差，例如多路径效应和点位对中误差，所以为了保证测量的精准度，在测量作业时如果需要改变精准站与移动站之间的间隔，移动距离最好不超过10km；

b)野外测量作业应当提前绘制测量作业草图，这是因为野外测量作业最终目的是获得精准有效的内业成图，一次需要测量的控制点较多，提前绘制草图可以确保成图的精准度；

c)应当尽可能选择和测量区域内分布均匀的控制点进行联测，这样就可以得到准确度较高的高程转换参数，从而确保了高程定位的有效性。

5、结束语

经过多年的实地检验，GPS-RTK这种新型测绘技术在矿山测绘作业中的积极意义不言而喻。作为矿区管理者应当把这一先进技术充分重视起来，并且在矿山测绘作业中进行充分的应用，这样可以在实践中总结存在的缺陷，便于日后改正优化，从而让GPS-RTK技术测量的有效性的不断的增加，为中国矿山进行高效的测绘作业提供强有力的技术保障。

参考文献

[1]李矿伟.GPS-RTK测量技术在矿山的应用[J].科技与企业，2015(5)：115.

[2]王玉龙.GPS-RTK技术在地质找矿测量中的应用分析[J].华北国土资源，2015(3)：59-60.

[3]周锋，刘超.GPS-RTK用于矿山高精度沉陷监测的可行性研究[J].测绘，2012(1)：5-10.

[4]鲍金红.GPS测量在地质找矿工作中的应用[J].矿山测量，2013(6)：60-61.