蔣 晶，楊 波

（湖北省地質局水文地質工程地質大隊，湖北 荊州 434000）

RTK技術以載波相位差分作為支持，在測量站區(qū)間內，利用載波相位的觀測量構建相位變換的數(shù)值關系，并構建求差解算坐標轉換過程，實現(xiàn)厘米等級精度的控制。隨著高精GPS技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化測量技術發(fā)展為多個專業(yè)方向，礦山開采區(qū)地形測量工作成為了重要研究方向。礦山開采地區(qū)存在多種復雜的生態(tài)環(huán)境，對實際地形測量產生了阻礙[1]。在多種現(xiàn)代化測量技術的支持下，礦山開采區(qū)地形測量工作形成了多種形式。研究RTK技術在礦山開采區(qū)地形測量工作中的應用過程也成為了當下的研究重點。

RTK技術最初由國外研究人員提出，在多方位衛(wèi)星接收結構支持下，結合衛(wèi)星調制碼的特性，將信號轉換為可供直接分析的測量值。我國研究RTK技術起步較晚，研究人員利用接收到的衛(wèi)星信號優(yōu)化了測量分析過程中求解模糊度所需的時間，并設計了數(shù)值轉換關系，拓寬了原有位置數(shù)值參數(shù)的可用性。經過階段性的應用研究可知，應用了其他技術的地形測量過程產生的斜坡誤差較大，針對該種應用問題，研究RTK技術在礦山開采區(qū)地形測量中的應用。

1 RTK測量技術概述

RTK測量技術作為一種實時動態(tài)測量定位技術手段，是基于載波相位觀測值具有的實時差分GPS定位技術。GPS測量模式主要包括四種，分別為靜態(tài)測量模式以及快速靜態(tài)測量模式，準動態(tài)模式與實時動態(tài)測量模式[1]。然而運用這些模式進行測量過程當中，倘若不能有效結合傳輸數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在定位結果方面，都應當對數(shù)據(jù)觀測之后進行處理才能有效獲得，因為GPS觀測數(shù)據(jù)需要在完成測量之后進行處理，因此以上這些測量模式不但難以實時的將觀測站定位結果及時提供出來。而且也不能對基準站以及用戶站獲得的觀測數(shù)據(jù)進行動態(tài)實時的檢核，所以數(shù)據(jù)處理之后有不合格的測量成果出現(xiàn)，需要進行返工重測。RTK此項技術具有的思路為，將一臺GPS接收機設置于基準站上，對可觀測的GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，利用無線電完成獲取的相關數(shù)據(jù)的傳輸，并及時、快速地發(fā)送給用戶觀測站。用戶觀測站通過GPS接收機接收GPS信號時，可借助無線接收設備接收參考站發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)，然后結合相對定位原理，實時計算用戶站的三維坐標。

2 礦山地形測量過程當中RTK技術應用

2.1 測量前的資料和儀器準備

具體實施測量工作之前，對于礦區(qū)之前1：10000土地利用情況分布圖已經全面收集，并在實施野外測量之前，開展對應的參考工作。而且礦區(qū)測量工作實施之前周圍已經存在GPS c級控制點，其精度方面已經符合當前測量工作需要，所以在測量工作實施過程當中，選擇三個以上C級點當做起算點，構建首級控制，然后對整個控制網點合理的進行布設，測量過程當中應用的測量儀器主要包括GPS接收機，用于收集前期碎步數(shù)據(jù)和布設首級控制點。南方GPS三套，主要收集碎布數(shù)據(jù)應用，結合控制點的布設，來對次級控制點進行設置，測量工作實施之前，有效檢驗以及校正相關設備，精度必須要達到有關要求標準，使此次測量精度要求得到最大程度的滿足。

2.2 野外測量

①控制測量。首級控制網的布設，是運用GPS靜態(tài)定位形式于整個礦區(qū)開展相應的布設工作，如此一來便能夠針對整個控制網實施加密以及數(shù)字化操作。目前，由于存在較大的測量區(qū)域，為確保后期工程施工還有精度處理方面的需要，將六個GPS點布設在整個測量區(qū)域，當做首級控制點，之后運用RTK技術來測繪圖根點，并運用全站儀部分導線開展測量，這樣能夠有效檢查和測量碎部點，控制點設置過程當中，不僅要使撤圖使用需要得到最大程度的滿足，還應當保證更加便利的進行操作。同時應用過程當中，還應當確保RTK測量過程當中有著特殊要求的測量條件，基準站設計過程中，需要將一些大面積的水域和建筑物以及強磁波發(fā)射源給避開。②碎部的測量。由于測量區(qū)域當中存在很多樹林以及農田玉米，而且村莊當中有很多溫室，大棚以及養(yǎng)殖場，這些對測量區(qū)域的通視性造成很大影響，導致通視條件不佳，同時因項目時間相對較緊，存在繁重的工作內容，倘若運用常規(guī)的全站儀方式開展測量工作，很難有效保證測量工作效率及其質量，還會延誤工期。運用RTK技術手段開展相應的測量工作，并利用此項技術手段進行碎步數(shù)據(jù)采集，雖然能夠大幅提高測量的效率，減少時間投入，然而因為環(huán)境條件方面的要求，在測量過程當中會引發(fā)一些盲區(qū)存在。而且在相同區(qū)域利用此項技術手段，同時運用全站儀進行聯(lián)合測量，便能夠結合測量區(qū)域具體情況，采集分析碎步點的信號數(shù)據(jù)，保證測量效率及其質量，降低勞動力投入。如測量道路、河流以及高程點過程當中通過RTK技術便可以高效的完成測量任務，其技術優(yōu)勢十分明顯。而測量過程當中，運用全站儀開展測量，可以將首級控制點以及RTK技術加密圖根點，來對那些影響此項技術測量較大的區(qū)域開展測量工作，如一些茂密的森林，面積較大的水域、地類界線，信號盲區(qū)等相關區(qū)域測量均可以通過這一手段來完成。而且每天進行夜外測量作業(yè)之后，應當全面?zhèn)浞?，全站儀和RTK技術獲得的數(shù)據(jù)資料，并進行數(shù)據(jù)格式轉換，為以后應用奠定理想的基礎。③精度分析。為了更好的檢測RTK技術應用過程當中測量精度高低，可以聯(lián)合靜態(tài)GPS測量結果，開展相應的對比分析和研究，同時把首級GPS控制網平面點位和GPSC級點聯(lián)合測量的作為真值進行對比分析。在對數(shù)據(jù)精度的進行分析之后，應該保證所測圖根控制點能夠用來參考作為全站儀的碎部測量資料，且其精度要完全滿足測量繪圖精度的需要，且測量誤差分布要均勻、不存在累積誤差。

RTK技術是GPS定位技術的一個新的里程碑，它不僅具有GPS技術的所有優(yōu)點，而且可以實時獲得觀測結果及精度，大大提高了作業(yè)效率并開拓了GPS新的應用領域。由于載波相位測量、差分處理技術、整周未知數(shù)、快速求解技術以及移動數(shù)據(jù)通信技術的融合，使RTK在精度、速度、實時性上達到了完滿的結合，并使得RTK定位技術大大擴展了其應用范圍。相信，隨著科技的不斷發(fā)展RTK技術在礦山測量中的應用將會越來越廣泛。RTK在礦山測量中有著極大的應用前景，極大地提高了測量工作效率和成果的可靠性。隨著其技術的不斷成熟和完善，必將推動礦山測量事業(yè)更快向前發(fā)展。

3 RTK技術在礦山開采區(qū)地形測量中的應用研究

3.1 利用RTK技術確定地形測量指標

根據(jù)RTK的技術要求，整理接收機中的測量數(shù)據(jù)，并采用仿真解算的方法模擬地形空間產生的基線數(shù)值，將該基線數(shù)值構建模糊度矩陣，參照輸出的模糊度數(shù)值解，建立地形測量空間，產生的指標形成過程如圖1所示。

圖1 構建的指標處理過程

根據(jù)上圖構建的指標處理過程，按照RTK技術的處理過程，將測量指標劃分為生成階段以及處理階段，在生成階段內，模擬偽距噪聲參數(shù)并將其輸出為觀測值，按照載波相位數(shù)值處理整周模糊度[2]，輸出為基準站可直接處理的數(shù)據(jù)格式，按照RTK技術將內部生成數(shù)據(jù)處理為觀測形式。根據(jù)隨機誤差的概念，在數(shù)值化的觀測系數(shù)關系上，增加周跳差異特性差異參數(shù)，整理上述確定得到的測量指標，利用單頻周跳探測原理，實現(xiàn)RTK技術在測量過程中的應用。

3.2 完成測量應用

整理上述確定得到的地形測量指標，采用載波相位變化確定周跳過程產生的周期，并根據(jù)RTK技術輸出的頻點，利用衛(wèi)星導航探測得到地形測量中存在的約束條件。按照RTK技術輸出的偽距測量精度以及載波相位的數(shù)值，確定地形參數(shù)產生的測距均值。為了適應礦山開采區(qū)地形的差異性，將技術輸出的指標劃分為兩類屬性指標。每個屬性范圍內設置兩種應用傾向[3]，一類屬性指標內整理載波相位上存在的周跳系數(shù)，并根據(jù)實際的周跳頻率參數(shù)，評估RTK技術輸出的指標精度。當該指標精度較小時，調用二類屬性指標，并將構建偽距測量參數(shù)與載波相位之間的數(shù)值關系，當表示周跳特性參數(shù)趨向于平穩(wěn)時，則表示RTK技術成功完成地形各項參數(shù)的測量。綜合上述研究設計，最終完成對RTK技術在礦山開采區(qū)地形測量中的應用。

4 應用測試

4.1 設置RTK技術參數(shù)

根據(jù)礦山的測量規(guī)模，選定某區(qū)域中的信號基準站，連接配置智能手簿的移動臺，控制信號傳輸至電臺組成，連接其固件并配置參數(shù)與H32 GNSS-RTK系統(tǒng)相似，將該基準臺作為技術運行的支持平臺，在該平臺支持下，配置RTK技術參數(shù)，配置的技術參數(shù)如下表所示。

表1 配置的RTK技術參數(shù)

按照上表所示的各項技術參數(shù)，調節(jié)配置運行平臺中的通用接收器，當接收器的液晶顯示屏產生下劃線快閃后，點擊FN選擇數(shù)字，并按照礦山開采外業(yè)操作需求，控制參與定位的衛(wèi)星數(shù)量為5，控制模糊度輸出值為原始狀態(tài)，并調試RTK的工作頻率為單頻，結合與測站產生的路徑效應，在電離層內配置兩組高性能的接收天線，用于接收測量信號。

4.2 設定礦山開采區(qū)測量點

成功調試RTK技術參數(shù)后，選定高地勢且遠離高壓線路安置三腳架上，準備的外置電臺放置在基準站5m之外，消除外部信號對接收信號的干擾。根據(jù)外置電臺的測站位置，按照坐標系的轉換標準，標定礦山開采區(qū)地形的測量點，標定的測量點位置如下圖所示。

圖2 標定的測量點位置分布

按照上圖標定的測量點位置分布，采用GPS處理技術轉換測量點的二維坐標，當選定的基準點在標定的位置分布范圍內，按照上圖測區(qū)內的高程數(shù)值，采用“一步法”校正測點的轉換參數(shù)。在已有的測量點范圍內，將選定的基準點上架設用于測量的儀器，調試測量位置對中整平，并使用激光測距整理測點的高程參數(shù)，并繪制為地物編碼。在上述搭建的測試環(huán)境內，準備基于三維激光掃描技術的地形測量方法、基于高分辨率遙感的地形測量方法與應用RTK技術的地形測量過程參與測試，對比三種測量過程的性能。

4.3 邊坡測量偏差結果

基于上述測量準備，選定標定的測量點位置作為基準，調用上述準備的測量方法計算標定測量點的邊坡數(shù)值，以實際校正轉換后參數(shù)產生的臨界值最值作為理想的地形測量數(shù)值，并將該數(shù)值作為標準的邊坡偏差參數(shù)，整理三種地形測量方法輸出的礦山開采區(qū)域邊坡數(shù)值，取該數(shù)值與理想?yún)?shù)間的數(shù)值差作為最終的測量偏差結果，邊坡測量偏差結果如下表所示。

表2 邊坡測量偏差結果

根據(jù)輸出的標準邊坡數(shù)值，整理三種測量過程得到的邊坡數(shù)值，對應整理得到上表所示的邊坡測量偏差結果，由上表所示的邊坡測量誤差可知，基于三維激光掃描技術的地形測量方法得到的測量誤差為0.05m，實際測量得到的邊坡誤差數(shù)值較大?；诟叻直媛蔬b感的地形測量方法得到的測量誤差在0.03m左右，該種測量方法得到的測量誤差較小。而設計的地形測量方法得到的誤差數(shù)值為0.01m，與兩種參與測試的測量方法相比，該種測量方法產生的測量誤差最小。

5 結語

隨著RTK技術不斷地應用推廣，礦山開采區(qū)地形測量工作的精度等級發(fā)展迅速。按照技術要求，搭建模擬開采區(qū)地形測量環(huán)境，隨機選定兩種現(xiàn)存的地形測量方法參與對比，根據(jù)輸出得到的數(shù)值結果可知，應用了RTK技術的地形測量過程能夠有效改善邊坡偏差較小的問題。在未來地形測量工作中，希望所研究的應用過程能夠為其提供理論支持。