周 慶

在礦山的測(cè)量中時(shí)常應(yīng)用到GPS、RTK 技術(shù)，GPS、RTK 技術(shù)是礦山的測(cè)量技術(shù)中專業(yè)性比較強(qiáng)的。通過(guò)收集的礦山地理信息建立地質(zhì)信息的分析架構(gòu)，在顯示器中以圖像的方式將地質(zhì)數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來(lái)。方便工作人員對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行了解，尤其對(duì)礦產(chǎn)資源勘查，十分有效。GPS 技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用的最廣泛，在礦山的測(cè)量的歷史應(yīng)用時(shí)間較短。GPS 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息管理和空間的立體轉(zhuǎn)換。GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)聯(lián)合還可以提升礦山測(cè)量測(cè)圖的精度，與RTK 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。RTK 技術(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的地質(zhì)情況展示，因此RTK 技術(shù)又被稱為地質(zhì)情況實(shí)時(shí)分析技術(shù)，RTK 技術(shù)是GPS 技術(shù)的升級(jí)版，主要應(yīng)用于礦山測(cè)量點(diǎn)的確認(rèn)，在測(cè)量的過(guò)程中可以滿足礦山數(shù)據(jù)收集的需求，RTK 技術(shù)有助于礦山測(cè)繪的定位和坐標(biāo)，觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)的定位快速、準(zhǔn)確。還可以通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)定位計(jì)算兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)的確認(rèn)。而全站儀聯(lián)合測(cè)圖技術(shù)的主要設(shè)備為全站儀免棱鏡，在礦山的測(cè)量中，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，傳統(tǒng)中的礦山測(cè)量值使用上述技術(shù)中的一種方式，本文將三種技術(shù)結(jié)合在一起，應(yīng)用在礦山測(cè)量中，提升礦山測(cè)量的效率，礦山測(cè)量是礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，是保證礦山安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)工作。礦山的發(fā)展、建設(shè)都離不開(kāi)礦山測(cè)量工作，工作質(zhì)量也影響礦山安全生產(chǎn)的質(zhì)量，在新時(shí)代的礦山生產(chǎn)中，礦山測(cè)量為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 GPS、RTK技術(shù)與全站儀聯(lián)合測(cè)圖在放樣中的應(yīng)用

GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)的結(jié)合使礦山測(cè)量放樣變得更加簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了礦山測(cè)量的步驟。礦山的地質(zhì)構(gòu)造往往不同，大部分礦山尤其是金屬礦山的地質(zhì)環(huán)境都比較復(fù)雜，因此在進(jìn)行礦山測(cè)量的時(shí)候，GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)的結(jié)合可以彌補(bǔ)GPS 技術(shù)在地質(zhì)復(fù)雜的地方靈活度低的缺點(diǎn)，且RTK 技術(shù)的設(shè)備耗電量大，在野外無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間使用，二者的結(jié)合解決了RTK 技術(shù)難以適應(yīng)野外的缺陷。全站儀聯(lián)合測(cè)圖近距離監(jiān)測(cè)，可以保障測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。三種技術(shù)的結(jié)合是礦山測(cè)量技術(shù)彼此的延伸，結(jié)合后的測(cè)量方式對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力更強(qiáng)。在礦山的測(cè)圖放樣中，RTK 技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。基于不同的測(cè)繪條件，首先進(jìn)行測(cè)量方案的制定，并將三種技術(shù)都融入到觀測(cè)方案當(dāng)中，使觀測(cè)方案變得更加合理。采用GPS 定位的方法建立工程控制網(wǎng)，具有點(diǎn)位選擇限制少，作業(yè)時(shí)間短，成果精度高，所用費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用GPS 技術(shù)建立控制網(wǎng)，通常采用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，以保證達(dá)到毫米級(jí)精度。GPS 技術(shù)確定放樣的控制點(diǎn)，全站儀聯(lián)合測(cè)圖可以確保放樣工作達(dá)到礦山測(cè)量的精確度，在放樣點(diǎn)的布置數(shù)量上，要根據(jù)礦山的面積決定，保證單位面積中具有3 個(gè)以上的放樣點(diǎn)，放樣點(diǎn)的參考站的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

放樣參考站的建設(shè)目的是為了給放樣地點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，因此在放樣期間需要保證基站24h 全天候工作，在GPS 進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候進(jìn)行不間斷工作。在基站的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)將參考站建設(shè)在距離測(cè)量中心200m 之內(nèi)的位置，在進(jìn)行礦區(qū)測(cè)量的時(shí)候，參考站的信號(hào)范圍可以覆蓋整個(gè)需要測(cè)量的地方。由于參考站的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，在進(jìn)行參考站建設(shè)的時(shí)候應(yīng)選擇在地基穩(wěn)定的地方進(jìn)行建設(shè)，礦區(qū)中有很多地區(qū)隨著開(kāi)采項(xiàng)目的推進(jìn)可能出現(xiàn)不穩(wěn)固的現(xiàn)象，因此在建設(shè)之前一定要考察其中的穩(wěn)定性。尤其是室外設(shè)備的建設(shè)一定要在土體穩(wěn)定的地方。參考站在進(jìn)行放樣的時(shí)候需要一定的空間進(jìn)行布線，因此參考站外應(yīng)有一片面積相當(dāng)?shù)目盏?，以便能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信將參考站中的數(shù)據(jù)傳輸出去。如圖1 所示，在參考站需要固定的電源作為整個(gè)參考站的供電系統(tǒng)。為整個(gè)礦山測(cè)量的設(shè)備進(jìn)行供電。電池柜的電池應(yīng)具備提供可靠的電源供應(yīng)的作用。設(shè)備維護(hù)人員需要進(jìn)場(chǎng)對(duì)基站中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，參考站也不能建設(shè)在交通不便利的地方。

以礦上的最大影響范圍為放樣點(diǎn)計(jì)算依據(jù)，線放樣和點(diǎn)放樣兩種方式是現(xiàn)代化礦山放樣常用的兩種方式，線放樣因其測(cè)量的準(zhǔn)確度高而被廣泛的應(yīng)用在礦山的放樣中，而點(diǎn)放樣的應(yīng)用則更適用于尾礦。RTK 技術(shù)的自動(dòng)化程度比GPS 技術(shù)的自動(dòng)化程度高，因此在放樣坐標(biāo)上確實(shí)是利用RTK 技術(shù)進(jìn)行確認(rèn)。在測(cè)量系統(tǒng)中輸入放樣點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)行坐標(biāo)匹配。全站儀在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行信號(hào)接收，并按照信號(hào)中的放樣位置進(jìn)行流動(dòng)放樣，全站儀的定位十分精確，可以降低偏差，三種技術(shù)結(jié)合的方式可以提升礦山放樣的技術(shù)水平。

2 GPS、RTK技術(shù)與全站儀聯(lián)合測(cè)圖計(jì)算中的應(yīng)用

礦山測(cè)量工作在露天礦產(chǎn)的開(kāi)采中比其他種類的礦山要簡(jiǎn)單，但在進(jìn)行放樣之后，對(duì)礦山土石方的數(shù)量的計(jì)算就變成了難點(diǎn)，聯(lián)合測(cè)圖計(jì)算中對(duì)礦山土方量的計(jì)算可以作為預(yù)測(cè)礦山產(chǎn)量的依據(jù)，直接影響礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益，因此，在進(jìn)行礦山土方量的計(jì)算的時(shí)候要提升計(jì)算的精度，利用RTK 技術(shù)提升礦山測(cè)量針對(duì)露天礦山計(jì)算中，土石方量估算的精度。單獨(dú)使用GPS定位技術(shù)還需要借助計(jì)算軟件進(jìn)行估算，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性難以保證，露天礦山土石方量的測(cè)繪中加入RTK 技術(shù)就可以將兩個(gè)步驟合二為一，使測(cè)繪的步驟得到簡(jiǎn)化。GPS、RTK 技術(shù)相結(jié)合下測(cè)圖時(shí)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，實(shí)質(zhì)是在計(jì)算坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，所以其目的在于坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。因GPS 直接測(cè)定的是接收機(jī)在WGS-84 坐標(biāo)系下的絕對(duì)坐標(biāo)，

GPS 技術(shù)在進(jìn)行坐標(biāo)定位的時(shí)候，需要控制定位的距離來(lái)減少定位的誤差，但與RTK 技術(shù)進(jìn)行結(jié)合之后系統(tǒng)在定位過(guò)程中距離的可移動(dòng)限度被打破了，測(cè)量距離的定義是衛(wèi)星天線相位與信號(hào)接收機(jī)之間的距離。定位精度需要通過(guò)實(shí)現(xiàn)保證天線的相位中心在準(zhǔn)確的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，但相位中心是會(huì)隨著信號(hào)的方向不斷的變化的，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，要保證信號(hào)傳輸方向一致，且沒(méi)有太大的強(qiáng)弱差。控制好信號(hào)的強(qiáng)弱差就能減少偏差引起定位誤差，在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中為了降低天線中相位中心變化，應(yīng)保證系統(tǒng)定位時(shí)天線在幾何中心。指針指向北偏在角度允許的誤差范圍內(nèi)。我們通常要用到的是國(guó)家54 坐標(biāo)或者工程獨(dú)立坐標(biāo)，所以必須進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。利用GPS、RTK 與全站儀聯(lián)合測(cè)圖計(jì)算時(shí)，通過(guò)點(diǎn)校正計(jì)算到的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)適用于當(dāng)?shù)毓ぷ?，一般能達(dá)到厘米級(jí)的精度。而多種技術(shù)聯(lián)合測(cè)圖結(jié)合可以提升土方量計(jì)算的速度，而全站儀聯(lián)合測(cè)圖技術(shù)又提升了數(shù)據(jù)采集速度，全站儀的圖片如圖2 所示。

圖2 全站儀

圖3 礦山測(cè)量數(shù)據(jù)中心處理流程

在露天礦區(qū)土石方量測(cè)繪過(guò)程中應(yīng)用RTK 技術(shù)與全站儀聯(lián)合測(cè)圖技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)樣本的要求也減少，只需采集一次數(shù)據(jù)樣本，接下來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)隨著實(shí)際采剝方量產(chǎn)生變化，隨著開(kāi)采數(shù)據(jù)的變化而變化。地形變化之后，RTK 技術(shù)可以實(shí)時(shí)收集地質(zhì)變化信息，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 基于GPS、RTK技術(shù)建設(shè)礦山測(cè)量數(shù)據(jù)中心

礦山測(cè)量數(shù)據(jù)中心對(duì)于現(xiàn)代化的礦山測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)是非常重要的部分，數(shù)據(jù)處理是數(shù)據(jù)時(shí)代的礦山測(cè)量?jī)?yōu)化升級(jí)的一部分。礦山測(cè)量數(shù)據(jù)中心的只要作用是完成對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，并將歷年的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。數(shù)據(jù)處理中心通常建設(shè)在遠(yuǎn)離礦山的室內(nèi)，為了方便與礦山的信號(hào)的互通，采用ADSL 的方式將GPS、RTK 技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。礦山中參考站采集的數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)連接。該數(shù)據(jù)中心為了保證可以連續(xù)不斷的接收信號(hào)，并及時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，ADSL 系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要具有可靠連續(xù)性。數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理需要采用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上安裝上GPSNet 軟件放置在不同的地方。這是為了保障數(shù)據(jù)中心的工作不會(huì)因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中出現(xiàn)故障導(dǎo)致停止。在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)立刻完成數(shù)據(jù)處理工作，給予技術(shù)人員修理故障的原因。礦山測(cè)量數(shù)據(jù)中心需要一臺(tái)用來(lái)接收GPS 信息的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)專門用于數(shù)據(jù)分發(fā)和確認(rèn)數(shù)據(jù)采集的要求，礦山測(cè)量數(shù)據(jù)中心的工作流程如下圖所示。

通常需要測(cè)量的礦山的山體都很多，因此在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候需要改變角度和增減測(cè)量的高度，數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)的數(shù)量也應(yīng)該隨著高程測(cè)量的變化點(diǎn)進(jìn)行變化?？梢岳萌緝x滿足三角高程測(cè)量的要求，對(duì)多山體的礦山實(shí)現(xiàn)全方位的測(cè)量。通過(guò)測(cè)量偏差的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，全站儀搭配GPS、RTK 技術(shù)可以在礦山測(cè)量中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)差值在誤差的合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高定位精度。數(shù)據(jù)的采集誤差還包括觀測(cè)的誤差，觀測(cè)誤差中最容易出現(xiàn)的就是對(duì)中誤差，全站儀在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候利用的是天線接收信號(hào)。中誤差主要是由于天線發(fā)生傾斜產(chǎn)生的，在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)分析中可以看出中天線的高度超過(guò)1.5m 的時(shí)候就會(huì)開(kāi)始產(chǎn)生誤差，影響數(shù)據(jù)采集的正確性，因此為了保證數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，全站儀的天線桿高應(yīng)小于1m。

4 測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的三種技術(shù)結(jié)合的測(cè)量方法的實(shí)用性，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比本文設(shè)計(jì)的測(cè)量方法與傳統(tǒng)的RTK 礦山測(cè)量法、CORS 系統(tǒng)礦山測(cè)量法相比哪種方式測(cè)量出的更精確。

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)之前首先要對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行選擇，根據(jù)礦山的實(shí)際情況采用Trimble3356 數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)采集。設(shè)置的采集方式為連續(xù)采集，數(shù)據(jù)記錄模式為實(shí)時(shí)記錄。對(duì)礦山地區(qū)的數(shù)據(jù)采集間隔為2s，保證電量充足和設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，對(duì)礦山進(jìn)行測(cè)量。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

使用上述三種技術(shù)結(jié)合的方式以及傳統(tǒng)方法對(duì)礦山進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算得出三種方法的測(cè)量精度偏差如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，與其他兩種傳統(tǒng)的測(cè)繪方法相比，本文設(shè)計(jì)的方法的測(cè)量平均誤差等都比兩種傳統(tǒng)的測(cè)繪方法小，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的方法的測(cè)量精度更高。通過(guò)表格中的數(shù)據(jù)分析，本文設(shè)計(jì)的方法滿足觀測(cè)數(shù)據(jù)的合理誤差，且全站儀聯(lián)合測(cè)圖技術(shù)的應(yīng)用提升了測(cè)量的精度。GPS 技術(shù)和RTK 技術(shù)的結(jié)合降低了衛(wèi)星對(duì)測(cè)量精度的影響，本文設(shè)計(jì)的方法具有優(yōu)越性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文將傳統(tǒng)的礦山測(cè)量中的常用技術(shù)結(jié)合在一起，彌補(bǔ)單項(xiàng)技術(shù)的缺陷，對(duì)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行技術(shù)延伸。降低了復(fù)雜地形對(duì)測(cè)量精度的影響，希望在未來(lái)的研究中可以提升技術(shù)的兼容性，繼續(xù)提升礦山測(cè)量的精度。