高紅光

(陜西陜煤澄合礦業(yè)公司王村煤礦斜井,陜西渭南 715200)

試論GPS-PTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

高紅光

(陜西陜煤澄合礦業(yè)公司王村煤礦斜井,陜西渭南 715200)

隨著測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展,在礦山測(cè)量工作中使用的軟硬件都有了較大的提高。GPS-RTK技術(shù)有作業(yè)效率高、定位精度高、集成化程度高、操作簡(jiǎn)便、作業(yè)故障率低等優(yōu)點(diǎn),具有較強(qiáng)的應(yīng)用性,因此該技術(shù)在礦山測(cè)量中起到了不可替代的作用。本文探討了GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的一些特點(diǎn)及其在礦山測(cè)量中的應(yīng)用。

GPS-RTK技術(shù) 礦山測(cè)量 應(yīng)用 工作原理

1 引言

測(cè)量工作對(duì)于礦山具有至關(guān)重要的作用，是礦山建設(shè)和礦山生產(chǎn)的重要的必須的環(huán)節(jié)，礦區(qū)地形圖、礦區(qū)測(cè)量控制網(wǎng)、礦區(qū)規(guī)劃及廠(chǎng)房基礎(chǔ)建設(shè)等都需要進(jìn)行大量的測(cè)繪工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，測(cè)量工具的使用、測(cè)量方法的應(yīng)用也在不斷發(fā)展進(jìn)步。因大多礦山地形較為復(fù)雜，用傳統(tǒng)的測(cè)量手段、測(cè)量方法測(cè)量需要大量的時(shí)間，且工作量也會(huì)很大，難以保證測(cè)量精度。GPS-RTK技術(shù)不受一般光學(xué)測(cè)量?jī)x器所需要的通視限制，同時(shí)測(cè)量的基線(xiàn)長(zhǎng)度也不受通視距離的限制，較傳統(tǒng)測(cè)量方法其測(cè)量速度更快、精度更高。隨著全球定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，GPS-RTK技術(shù)在礦山控制測(cè)量領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 GPS-RTK技術(shù)的構(gòu)成及工作原理

2.1 GPS-RTK系統(tǒng)的構(gòu)成

GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)主要由GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件應(yīng)用系統(tǒng)等三大部分構(gòu)成:(1)GPS接收設(shè)備。由于采用雙頻觀(guān)測(cè)值方法進(jìn)行測(cè)量，不僅可以保障測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也更利于快速準(zhǔn)確地解算整周未知數(shù)，因此在基準(zhǔn)站、用戶(hù)站分別設(shè)置雙頻GPS接收機(jī)，如果基準(zhǔn)站服務(wù)于多個(gè)客戶(hù)，那么其接收機(jī)的采樣率應(yīng)與用戶(hù)接收機(jī)采用率最高的相一致。(2)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也稱(chēng)為數(shù)據(jù)鏈，包括基準(zhǔn)站中無(wú)線(xiàn)電的發(fā)射電臺(tái)、用戶(hù)設(shè)備接收機(jī)等。

(3)軟件應(yīng)用系統(tǒng)。采取軟件應(yīng)用系統(tǒng)，發(fā)揮實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件的功能與質(zhì)量，對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性，具有決定性意義。有固定的軟件程序作支撐，能夠選擇靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)等分析模式，可以對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和分析評(píng)價(jià)，有利于提高測(cè)量結(jié)果的可靠性和精確性。

2.2 GPS-RTK技術(shù)的工作原理

GPS-RTK技術(shù)需要配備基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，其系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站(一個(gè)或多個(gè))、數(shù)據(jù)鏈等三部分組成。其工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)放置于基準(zhǔn)站上，另外的接收機(jī)(一個(gè)或多個(gè))放置于流動(dòng)載體上(稱(chēng)為流動(dòng)站)，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間的GPS衛(wèi)星信號(hào)?；鶞?zhǔn)站設(shè)在具有已知坐標(biāo)的高等級(jí)控制點(diǎn)上，連續(xù)接收衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀(guān)測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值?；鶞?zhǔn)站通過(guò)預(yù)定方式將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(數(shù)據(jù)鏈)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站在跟蹤采集GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)也會(huì)接收基準(zhǔn)站傳輸給它的數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀(guān)測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從而得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的三維坐標(biāo)增量△X、△Y、△Z，由此能較準(zhǔn)確的計(jì)算流動(dòng)站的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置。

3 GPS技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

首先，傳統(tǒng)的測(cè)量手段、方法，在測(cè)量過(guò)程中容易受到地形、氣候、季節(jié)等諸多因素的影響，在氣候環(huán)境差能見(jiàn)度低的時(shí)候，甚至無(wú)法正常開(kāi)展測(cè)量作業(yè)。而運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)可以大大降低不利因素帶來(lái)的影響，能更好的保證測(cè)量精度，大大提升測(cè)量作業(yè)的速度。在通常情況下，GPS-RTK設(shè)站一次即可測(cè)完5000m半徑區(qū)域的測(cè)量工作，在此范圍內(nèi)不需要分級(jí)布置測(cè)量網(wǎng)，大大的提高了礦山測(cè)量的工作效率，能有效的減輕測(cè)量人員的工作強(qiáng)度，節(jié)約工作時(shí)間。GPS-RTK技術(shù)定位精度高，數(shù)據(jù)可靠安全，沒(méi)有累計(jì)誤差，測(cè)量站之間不需要通視。因此，在沒(méi)有測(cè)定已知基準(zhǔn)點(diǎn)或者測(cè)定的基準(zhǔn)點(diǎn)已被一些因素破壞等控制點(diǎn)不足的地區(qū)，以及由于復(fù)雜的地形、存在障礙等而造成通視困難的地區(qū)，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)更能發(fā)揮其精度高、速度快的優(yōu)勢(shì)。

其次，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的綜合測(cè)繪能力強(qiáng)，作業(yè)集成度高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量作業(yè)，可勝任各種測(cè)量工作?；鶞?zhǔn)站能夠?yàn)椴煌脩?hù)提供多項(xiàng)信息輸出，流動(dòng)站利用內(nèi)置軟件應(yīng)用系統(tǒng)，在作業(yè)時(shí)自動(dòng)生成整周未知數(shù)的動(dòng)態(tài)初始化解算，作業(yè)精度高，且能進(jìn)行自動(dòng)控制和記錄。另外，無(wú)論白天還是黑夜都不受外界天氣、氣候、壞境的影響可以連續(xù)的24小時(shí)不間斷作業(yè)，從而建立起整個(gè)自動(dòng)化作業(yè)指揮系統(tǒng)，具有超強(qiáng)的工作效率。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能力強(qiáng)，不需要投入太多人力物力，作業(yè)故障率低，可以大大的節(jié)省各種成本投入。此外，流動(dòng)觀(guān)測(cè)可以擴(kuò)大儀器的使用范圍，不需要測(cè)站間相互通視，也節(jié)省了建立測(cè)量控制網(wǎng)的成本投入。

最后，GPS-RTK技術(shù)操作簡(jiǎn)便，對(duì)作業(yè)條件要求不高，與計(jì)算機(jī)、全站儀等測(cè)量?jī)x器通信方便。其作業(yè)操作人員少，GPS接收機(jī)僅需一個(gè)人操作，等待時(shí)間短，定位速度快，外業(yè)效率高，內(nèi)業(yè)便于計(jì)算機(jī)處理，因此節(jié)省了測(cè)量工作時(shí)間和人力投入，能大大提高企業(yè)的綜合效益高。

3.2 GPS-RTK技術(shù)的缺點(diǎn)

GPS-RTK技術(shù)各觀(guān)測(cè)點(diǎn)都是獨(dú)立進(jìn)行測(cè)定工作，難以判斷儀器是否處于正常狀態(tài)以及觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。因此，在觀(guān)測(cè)前必須要對(duì)儀器進(jìn)行校驗(yàn)，將測(cè)定值與已知值進(jìn)行對(duì)比以確定參數(shù)設(shè)置是否正確，檢查數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)欠駮惩ǎ瑴y(cè)量中需要時(shí)刻關(guān)注儀器的狀態(tài)。采用GPS-RTK作業(yè)時(shí)有時(shí)需要經(jīng)常重新初始化，這樣測(cè)量的精度和效率都受影響。

由于GPS-RTK技術(shù)較容易受衛(wèi)星狀況、天氣情況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀態(tài)的影響，從而使得GPS-RTK技術(shù)不能做到100%的可靠，在穩(wěn)定性方面不及全站儀。另外，因RTK耗電量較大，容易出現(xiàn)電量不足的情況。所以需要多個(gè)大容量電池才能保證測(cè)量工作的連續(xù)性，因此，在沒(méi)有電力供應(yīng)的偏遠(yuǎn)作業(yè)區(qū)時(shí)將會(huì)受到限制。

4 GPS-RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

4.1 GPS-RTK技術(shù)用于礦山測(cè)量控制網(wǎng)的建立

傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法要求控制點(diǎn)之間必須相互通視，而礦山測(cè)量中因?yàn)榈匦螚l件無(wú)法形成相互通視，其傳統(tǒng)的測(cè)量控制方法作業(yè)工序較為復(fù)雜，外業(yè)中不知道測(cè)量成果的精度如何。而采用GPSRTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量，既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度，從而可以大大提高測(cè)量作業(yè)的效率。在精度方面，GPSRTK測(cè)量技術(shù)也完全能滿(mǎn)足礦山測(cè)量控制網(wǎng)的精度要求，應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量控制可達(dá)“cm”級(jí)的精度。因此，GPS-RTK技術(shù)運(yùn)用于礦山測(cè)量中控制網(wǎng)的布設(shè)，不但測(cè)量精度能夠達(dá)到規(guī)范的要求，而且快捷方便，省時(shí)省力。

4.2 GPS-RTK技術(shù)在礦山地形測(cè)繪中的應(yīng)用

礦山測(cè)量工作者需要不斷地對(duì)礦區(qū)地形圖進(jìn)行補(bǔ)測(cè)和修測(cè)并測(cè)繪大量的專(zhuān)用地籍圖、規(guī)劃地形圖，而RTK的技術(shù)給我們的測(cè)圖工作帶來(lái)很大的方便。礦山地形測(cè)圖通常是以控制點(diǎn)與加密圖中的控制點(diǎn)相結(jié)合，對(duì)控制點(diǎn)使用經(jīng)緯儀測(cè)圖法或者是平板儀測(cè)圖法實(shí)施地形圖的測(cè)繪。近年來(lái)繪圖手段已經(jīng)發(fā)展到了全站儀以及電子手薄的編碼方法，在使用測(cè)圖軟件來(lái)繪制地形圖，這種方式減少了人員的投入，只需要2到3人一起進(jìn)行操作便可完成。應(yīng)用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)實(shí)施測(cè)圖，只要一人就可以完成測(cè)繪點(diǎn)上測(cè)量工作，專(zhuān)業(yè)測(cè)圖軟件的使用，可以自行的輸出所需地圖形貌特征，測(cè)量精度更能符合相關(guān)要求。用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)對(duì)碎部點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定的過(guò)程中，各個(gè)要求點(diǎn)之間不需要互相通視，因而，能有效的提升測(cè)繪作業(yè)的準(zhǔn)確性和高效率性。

4.3 GPS-RTK技術(shù)在礦山工程建設(shè)中的應(yīng)用

礦山建設(shè)中的工程測(cè)量工作一直是礦山建設(shè)的重要內(nèi)容，也是一直困擾著礦山工程測(cè)量人員的技術(shù)難題。因?yàn)椋V山大多是山地和丘陵地區(qū)，通視條件一般較差，傳統(tǒng)的測(cè)量方法測(cè)量手段沒(méi)法開(kāi)展，因此，其測(cè)量精度和工作效率很難滿(mǎn)足礦山工程測(cè)量的要求。而GPS-RTK技術(shù)能很好的彌補(bǔ)上述在傳統(tǒng)測(cè)量方法中容易出現(xiàn)的效率和精度的不足，其在工程定位和工程放樣過(guò)程中非常方便，而且可以提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)比較廣泛的應(yīng)用于礦山建設(shè)工程項(xiàng)目中，如:礦山開(kāi)采沉陷地表巖移站觀(guān)測(cè)、土地勘測(cè)定界、地面建設(shè)工程測(cè)量、地面三維空間定位、開(kāi)采災(zāi)害防護(hù)與監(jiān)測(cè)等，通過(guò)實(shí)測(cè)資料分析可以得到測(cè)點(diǎn)的水平移動(dòng)變形數(shù)據(jù)等信息。GPS-RTK技術(shù)可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量礦區(qū)采煤地面沉陷積水面積，縱、橫斷面圖的測(cè)量以及鉆孔的放樣等其他很多礦山工程的控制測(cè)量工作。

5 結(jié)語(yǔ)

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)給測(cè)繪工作帶來(lái)了革命性的變化。與傳統(tǒng)的觀(guān)測(cè)手段及方法相比較，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)具有高度集成化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)礦山動(dòng)態(tài)測(cè)量。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)完成較高的定位精度，進(jìn)行遠(yuǎn)距離的坐標(biāo)測(cè)量，具有測(cè)量人員少，速度快，且其不受環(huán)境和距離的限制，在地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等施測(cè)也很方便。但是必須要有足夠的衛(wèi)星數(shù)量支撐，且需要有穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈等外界條件。因此，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正常作業(yè)的情況，在礦山測(cè)量中顯得很突出，這就需要不斷的完善改進(jìn)GPS-RTK技術(shù)，尋求更為先進(jìn)的作業(yè)方式以能更好的服務(wù)于礦山測(cè)量。

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