GPS―RTK技术在矿山地质测绘中的应用研究
摘 要：GPS—RTK技术以其高精确性、易操作性等优点被广泛应用于矿山的地质测绘上。
文章从GPS—RTK技术的工作原理出发，详细论述了使用该技术进行矿山地质测绘的步骤和方法，并进行实例验证。
下载论文网 关键词：GPS—RTK；矿山；测绘；研究 中图分类号：P623.3 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2014）8—0037—02 矿山一般处于丘陵交错或深山峡谷地带，其地形可谓复杂。
若使用传统的测绘方法对矿山进行测绘，那将是一件难度极大的事情。
但若运用GPS—RTK，将变得非常简单。
1 GPS—RTK技术介绍 1.1 技术原理 GPS—RTK技术又称载波相位差分技术，它以WGS—84坐标系为基础。
运用该种技术的测量系统主要由GPS接收设备、数据链和处理软件三部分构成。
其中，GPS接收设备分布在流动站和基准站上面，数据链（是无线形式）存在于基准站和流动站之间，处理软件用来执行各种模式（动态、静态、实时动态等）下计算结果的一致性检验。
整合起来就是：基准站（拥有固定坐标的点）中的GPS接收设备不间断地采集所有能观测到的卫星数据（载波相位形式），并将这些数据连同自身的坐标信息通过无线传输通道发送给流动站的GPS接收设备；而流动站除了接收基准站卫星数据之外，也在跟踪着GPS卫星信号，这样，它就能将这两路信号送入处理软件进行差分处理，并得到（它和基准站间）空间三个方向的坐标增量，进而确定流动站坐标。
1.2 技术优缺点 1.2.1 优点 ①定位精度高，一般能达厘米级水平。
②杜绝了传统方法中因不断“搬站”而产生的累积误差，数据可信程度高。
③受外界环境因素（如地形、温度、能见度等）的影响小，适合全天候作业。
④较传统方法而言，GPS—RTK测量能显著减少控点数量，即减少设备的“搬站”次数，因此在工作量上很有优势。
⑤定位迅速（一般在1～2 s之内），且单人能完成操作，因此效率惊人。
⑥操作简单，可向自动化方向发展。
1.2.2 缺点 ①因该系统运作的前提条件是至少有5颗卫星被同时观测到，而卫星是否被“发现”，是受到高度截止角等因素影响的；另外，由于基准站和流动站之间的数据链是无线方式，容易受电磁干扰的影响。
综合起来，GPS—RTK系统在稳定性上略逊全站仪。
②GPS—RTK技术涉及到高程转换，而某些地区的高程异常图存在误差甚至空白，这就影响了GPS—RTK测量的精度。
1.3 使用注意事项 ①流动站和基准站距离不应超过10 km，以保证测绘精度。
②尽量保证测绘处的空间开阔，避免将点选择在矿洞、桥涵易遮挡卫星的场所。
③避免作业附近有电磁波反射物，若无法躲避，则适当延长观测时间。
④进深山作业，应配备有大容量电池，以防流动站设备的电力中断。
2 GPS—RTK在矿山测绘的应用方法 2.1 GPS—RTK操作流程 2.1.1 内业准备 进行矿山地质测绘，首先要对测绘区进行细致勘探，并在此基础上完成内业准备工作。
主要包括：①标定工程名称。
②对测绘过程中需要用到的各类设备进行校验（因各观测行为独立进行）。
③对基准站和流动站的GPS接收设备设定合理的数据采样频率和高度截止角。
根据经验，基准站的频率可设为4～5 s，流动站的频率可设为1～2 s，两者的高度截止角统一设置为10 ？?{。
⑤输入计划放样点的线路方位角和设计坐标，以确保放样准确、实时。
2.1.2 基准站布置 在整个野外测绘过程中，保证数据链通畅无疑是非常重要的，而要使数据链畅通，基准站的设置是关键。
就理论来讲，基准站设置需遵循以下原则：①基准站须为已知点，其坐标明确；②为了对流动站造成“辐射”效应，基准站的地势要高，周围要开阔无遮挡；③为了节省不必要的测绘往返，基准站设在待测区中央最为合适；④为了防止在测绘过程中产生多路径效应或数据链丢失等现象，应避免基准站附近存在GPS反射源，避免周遭200 m之内有高压线、无线电台等干扰源；⑤因南北极是卫星空洞区，为了保证测绘精度，应将基准站天线架在GPS接收机北面。
2.1.3 流动站点选择 流动站是接收基准站数据并展开工作的的，因此其和基准站之间的距离、通视方向数等决定了整个测绘精度的高低。
流动站选择要点：①与基准站的直线距离不能过远，一般应控制在5～10 km，极限不能超过15 km；②对通视条件困难区，最少保证流动站和基准站之间有一个通视方向，在空旷处则应保证2～3个以上的通视方向。
2.1.4 计算待测区坐标转换参数 GPS—RTK技术是建立在WGS—84坐标系之上的，而当前的工程施工多采用地方坐标系（如北京坐标系），因此两者存在一定矛盾。
为了让GPS接收机中的原始经纬坐标数据转换为当地坐标数据，必须计算出WGS—84坐标系与地方坐标系之间的转换关系，以方便测绘识别。
通常情况下，有两种转换方式可以使用：①在进行测绘前将转换参数测定出来，在测绘作业时，同时输入转换参数和基准站坐标；②一边测绘，一边（临时）求取转换参数。
“②”方式适用于工程规模较小的场合，“①”方式主要用于小规模测绘，“①”的要点是：在对空视野良好的地方设置基准站并采集这个站点的WGS—84坐标，然后利用流动站联测（3个以上）高等级控制点，以此来联合求解待测区的坐标转换参数。
2.1.5 GPS—RTK试测 在正式测绘之前，应对一定的控制点进行试测，以检验系统是否正常。
具体来说：先将基准点的接收机打开，输入点高和WGS—84坐标，对电台通道和电台灵敏度进行调节，并认真观察电台（发射）指示灯是否正常工作；然后随机选择一个流动点并开启接收机，进行参数设置（电台频率调至与基准站一致）和初始调试后，输入坐标转换参数，核查接收指示灯正确亮起；最后清点可观测卫星个数。
当卫星颗数在5颗以上并且PDOP值小于6，就可利用GPS电子手簿开展各类放样工作。
2.1.6 放样工作 在完成上面的五个程序的工作后，即可进行放样工作。
一般来说，运用GPS—RTK技术进行矿山测绘，其放样形式有两种：①点放样；②线放样。
但不管采用何种方式，放样过程均是先控制后碎步，即：根据待测区域控制点计划（控制点坐标已事先输入至电子手簿），制定科学的流动方案，然后在待测区域内走动并关注接收器的状况，若有提示，即显示放样点的位置被确定。
放样工作的注意点：①输入电子手簿的控制点坐标必须准确；②控制点数目应满足测量工作的最少要求，③控制点的分布要合理、科学，使各放样点之间具有某种程度的联系。
2.2 不同测绘作业中GPS—RTK的应用 2.2.1 地形图测绘 矿区要安全生产、有效运作，必须有大尺度的地形图。
进行矿区地形测绘，首先也是在待测区中央设置基准站；然后通过挪动流动点的GPS接收器，对各流动点的坐标进行校核；在达到预定精度后，需对流动点沿线的特征点作碎步式采集；在获得各特征点的高程和坐标后，根据特征点的属性及编码信息，形成碎步点数据库；最后，通过相关软件绘制出高分辨率的完整地形图。
2.2.2 地面形变测量 矿区地面形变关系到矿区群众的切身利益，该项测量工作的传统做法为：①在待测矿区建立监测网络，内含一基准点和多个形变观测点；②定期采用全站仪测量监测网的角度和边长、用水准仪测量各观测点之间的高差，以此确定某个时间段里各观测点的高程和水平位置；③对多次测量数据进行分析，并判断观测点的地面有无水平位移趋势或下沉趋势。
以上方法在原理上清晰，在操作上可行，但耗时较长。
而采用GPS—RTK技术后，不但测量精确性得到保证，而且工作量大大缩减，使得实时监测成为可能。
2.2.3 矿区工程测量 矿区的特点是地形复杂、通视条件差，采用传统测量手段对矿区工程（如采剥现状、土方工程量验收等）进行测量，要么保证不了测量精度，要么工作效率低下，有时还会出现无法作业的现象，而采用GPS—RTK能全部克服以上不足。
另外，GPS—RTK还能在“采煤地面沉陷部分的积水面积的动态测量”、“纵、横断面图测量”、“钻孔放样”等复杂项目上取得不错的成绩。
3 应用实例 ①地点选择：我国中部某地势起伏小、GPS信号可覆盖的煤矿。
②试验内容：①组建放样工作网，采用GPS—RTK技术对同一控制点进行重复测量，观察数据的重复性是否良好；②分别用全站仪和GPS—RTK对几组相邻观测点的间距进行测量，观察GPS—RTK的精度是否满足要求。
相关结果见表1和表2。
通过分析表1、表2可知：GPS—RTK技术应用到矿山地质测绘是完全可行的。