GPS-RTK技术在矿山测量中的应用

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  摘要:GPS-RTK 技术是近年来随着社会科学技术发展而发展起来的一种新兴矿区测量技术,通过这一技术的使用,有效地提高了矿山测量的精度以及效率,具有较高的应用价值。本文从RTK 技术的优点、精度分析,浅要论述了RTK 技术在矿山测量中的应用。
  关键词:GPS-RTK;矿山;测量;应用
  引言
  在矿山测量领域当中,RTK 技术作为一种新兴的测量技术,受到了人们的广泛关注,并应用在了实际测量工作当中。但是在实际工作中,很多年龄较大的测量人员对于该项技术并不了解,甚至会对其测量数据的精确度产生怀疑。通过我们将传统的测量技术与RTK 测量技术进行对比与实际测量,结果显示,RTK 测量技术对与数据测量的精准度要远远高于普通的测量技术,由此可以看出,RTK 技术具有明显的优越性,应当引起人们的高度重视,并将其应用在各种矿山测量工作当中。
  1.RTK 技术的优点
  1.1降低了作业条件要求
  RTK 技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”。因此,和传统测量相比, RTK 技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的通视困难地区,只要满足RTK 的基本工作条件,它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。
  1.2 RTK 作业自动化、集成化程度高, 测绘功能强大
  RTK 可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度。
  1.3 操作简便,容易使用,数据处理能力强
  只要在设站时进行简单的设置,就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强,能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信,手簿软件的使用简单易学。
  1.4 定位精度高、测量数据安全性较高
  过去,人们在测量过程中采用的设备是全站仪,但是全站仪设备体积较大,在测量过程中往往需要搬动,而RTK 则不需要如此,而是在测量过程中要求其满足RTK 的条件也就能够达到高精度的要求。
  1.5 测量效率高
  在对一般地形进行测量的过程中,RTK 技术可以一次性对半径10Km 的区域进行测量,这样不仅能够避免仪器的搬动,还减少了人力的投入,减轻了测量的工作量,降低了劳动强度,节约了成本,也提高了地区测量的效率。
  2.RTK 技术的不足和对策
  虽然GPS-RTK 技术在矿山测量中得到广泛应用,但是由于矿山特殊地理环境(如山谷、森林等)的影响,对RTK 作业产生不确定因素,在实际生产中就发现了一些问题:
  (1)GPS 受到卫星空间组成和卫星信号强度的影响:由于大部分矿山在高山峡谷之中,且森林覆盖率高,部分地区不能很好地被卫星信号覆盖,容易产生假值,RTK 使用受到限制。
  (2)由于RTK 获得的数据都是独立的,没有检核条件,因此,仪器是否处于正常状态对观测数据质量起关键性作用。为了保证RTK 的实测精度和可靠性,在每次初始化成功后,必须利用均匀分布于矿区的已知控制点进行檢核,避免出现作业盲点。
  (3)GPS 信号受大气层电离层的影响,根据经验积累,每日中午时段(12~14 点)受电离干扰最大。这个时段解算时间过长,有时甚至无法获得固定双差解,这时可适当提高卫星高度截止角或者避开这段时间作业。
  (4)观测数据质量好坏受数据链电台传输距离影响:在地势起伏高差较大山区和居民密集区数据链传输信号受到限制。在RTK 测量中,随着移动站和基准站之间距离增大,初始化时间延长,观测精度随之降低。所以在作业过程中,把基准站设置在测区中央最高点上,同时,移动站和基准站之间距离一般不超过5km 为宜。
  (5)由于大部分矿山地势起伏较大,RTK 测量时将GPS 大地高程转换为海拔高程的过程相对困难,精度也不均匀。为了获得较高的矿区高程转换参数,作业时应在矿区分布均匀的控制点上联测。
  3.RTK 定位技术在矿山测量中的应用
  某矿区需要对16个采矿点进行1∶1000 地形测绘,经过测算,整个矿区必须引入48个图根控制点才能满足测图需要。矿点分布范围广,周围森林覆盖率高,用图根导线引入控制点不仅费时费工,而且要求点间通视,作业工序复杂,精度分布不均匀。利用GPS-RTK 定位技术进行图根控制测量既能实时知道三维坐标及精度,又能大大提高作业效率。
  (1)收集测区周边控制成果:根据现场踏勘和资料收集,矿点周边有3个D 级GPS 控制点(1980 西安坐标系,1985国家高程基准)可作为起算点。
  (2)求取测区坐标转换参数:为了使GPS 接收机上测得WGS-8 4 坐标转换为1980 西安坐标,必须计算出测区坐标转换参数。采用已知的3个静态D级GPS 控制点数据,直接将控制点的坐标输入手簿,用随机软件求解坐标转换参数。
  (3)外业施测及作业精度控制:本次测量采用南方测绘仪器公司生产的灵锐S80 一体化机。该机动态平面精度:±2cm + 1ppmD, 动态高程精度:± 5cm +1ppmD,可以达到本次测量任务书中图根点平面精度5cm、高程精度10cm 的要求。流动站用三脚架严格对中整平,天线高量至毫米。为了保证成果可靠性,每点采用分时段观测2 次,2 次观测成果较差小于5cm 时,取中数使用;超限则返测。
  (4)测量精度检测:为了检验RTK 图根控制点实测精度,我们用全站仪和水准仪对部分相互通视的点实测边长、高差与RTK 测量坐标的反算边长、高差比较,最大边长较差0.028m,最小边长较差0.006m;RTK高程与四等水准高程较差最小值0.018m,最大值0.078m,平均值0.041m。以四等水准高程为真值,计算出高程中误差M=±5.1cm,能够满足任务书中高程中误差M=±10cm 要求。
  (5)RTK 的平面精度可以满足较高要求图根控制测量,然而其高程精度还是不能满足高精度测量要求。所以在高程要求比较高、范围大的测区,我们应该考虑在RTK 控制点上布设水准路线,用水准测量方法获得高程。
  GPS-RTK 定位技术除了上述应用外,还常用于矿区的工程测量,如纵、横剖面测量、钻孔和探槽等重要地质工程测量。
  4 结论和建议
  GPS-RTK 定位技术在矿山测量中广泛应用,给复杂地形条件下的矿山测量带来极大便利,彻底改变了以往的测量作业模式。随着数据传输设备和随机处理软件不断升级,它的应用范围和领域还将不断扩大。当然,我们在实际工作中也认识到RTK 定位技术自身存在不足,它的作业过程必须有足够的卫星数、稳定的数据链传输等外部条件,但在矿山测量的特殊地理环境中,有时会出现无法作业情况,甚至出现伪值。所以我们在利用RTK 定位技术进行矿山测量时,必须对观测成果进行质量检查,避免出现作业盲点。
  参考文献
  [1]王刚,郭广礼,王磊.GPS-RTK技术在矿山测量中的应用研究 [J].煤矿现代化,2011(1).
  [2]李鹏,李燕.GPS-RTK技术在矿山测量中的应用分析[J].内蒙古煤炭经济,2012 (9).
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