RTK技术在现代矿山测量中的应用体会

摘要 :随着社会进步 ,现代矿山测量的工作重要性日益显现 ,矿山测量工作者的任务也在加重。测量新技术 ——RTK定位技术在矿山测量多方面的应用将极大地提高测量工作效率和成果的可靠性 ,随着其技术的不断成熟 ,具有很大的技术推广价值。

关键词 :现代矿山测量 ; RTK定位技术 ;应用体会

1　R TK定位技术简介

实时动态测量(RTK) Real Time Kinematic定位技术是基于载波相位观测值的实时动态GPS定位技术,它是GPS测量技术发展中的一个新突破,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。

RTK技术优点

(1)作业效率高:在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完4 km半径的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,作业速度快,劳动强度低,节省了外业费用,提高了劳动效率。

(2)定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累:只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km) , RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。RTK技术当前的测量精度

平面10 mm + 2 ppm; 
高程20mm + 2ppm。

(3)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、地物障碍而造成的难通视地区,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。

(4) 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。

(5)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。
2　R TK定位技术在矿山测量中的应用

在矿区地形图和地籍图测绘中的应用矿区地理信息的采集和管理、矿区储量管理和开采监督、矿区土地复垦开发和生态环境整治、矿区规划建设等都离不开大量的图纸测绘工作,而且由于社会发展快、矿区地表变化日新月异,为了能给决策层提供准确的信息,必然对图纸的现势性要求高。矿山测量工作者需要不断地对矿区地形图进行补测和修测并测绘大量的专用地籍图、规划地形图,而RTK的技术特点给我们的测图工作带来很大的便捷,与传统测量手段相比大大减小了工作量,提高了工作效率。

结合上述RTK技术特点和实际应用体会,补充说明一下其在测图工作中的便利。

(1)减少了人员投入。RTK测图只需2 -3人便可完成,且作业效率和精度大大提高,出错率减少。基准站安置好以后在仪器有效作业半径内不需迁站。

(2)在控制点上安置好基准站以后,便可用流动站测量,无需再布设测图图根点进行图根控制测量了。

(3)在建筑物密集区,用RTK测设图根控制点配合全站仪进行测图,会大大提高测图精度和速度。

在矿区工程测量中的应用矿区工程测量(除井巷工程)主要包括:矿区地面建设工程测量、土地勘测定界、地面三维空间定位、开采沉陷地表岩移站观测、开采灾害防护与监测等项工作。由于RTK能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并且各种机型均具有坐标放样功能,其在工程定位和工程放样中的便利不必赘述,本文重点介绍一下其在开采损害监测和地表岩移站观测中的应用。GPS技术近年来被广泛应用于矿区开采损害监测的变形观测中,主要有两种方式:周期性观测和基准站连续运行监测方式。由于连续运行监测方式需要每个监测点上都固定一台 GPS双频接收机 ,系统运行成本太高 ,在矿山没有应用推广价值。目前主要采用设立观测站进行周期性观测的方式。RTK的应用主要是测量各个观测点的两维坐标 ,从而得到测点的水平移动变形数据。笔者所在的龙口矿区 ,近年来与唐山煤科院矿山测量所合作设立了多个地表岩移观测站 ,并进行了大量的观测工作。

通过实测资料分析 ,对 RTK的应用得到如下几个方面的体会 : 

(1)岩移观测站的全面观测中需要测量测线交叉点的坐标及进行各个测点的支距测量 ,利用 RTK配置强制归心装置测量各个点位坐标 ,将数据传输到计算机 ,在计算机中进行数据分析 ,不但比传统测量方式测量速度快、数据精度高 ,而且数据分析方便。根据比较统计 ,相比用经纬仪和全站仪测量 ,工作效率能够提高一倍 ,数据精度稳定、质量高、出错率少。 

(2)观测站周围应设立 

2-3个高精度测量控制点 ,控制点应与矿区控制点进行联测 (最好用静态 GPS)并尽量设置在地质条件稳定的制高点上 ,控制点离观测线的距离不超过 4 km,周围多路径效应影响因素尽量要少。每次测量参考站应安置在同一控制点上,用其它控制点检核。当测区内有GPS永久性跟踪站、国家A或B级网点、GPS地壳形变监测点时,应首先选用作参考站点明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。 

(4)初始化能力和所需时间问题。在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时, GPS卫星信号被阻挡机会较多,容易造成失锁,采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。 

(5)高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确,但我国现有的高程异常图在有些地区,尤其是山区,存在较大误差,在有些地区还是空白,这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难,精度也不均匀。 

(6)电量不足问题。RTK耗电量较大,需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业,最好选用汽车用电瓶。 

(7)精度和稳定性问题。RTK测量的精度较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响。不同质量的RTK机型,其精度和稳定性差别较大。要解决此类问题,首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机种,然后,要在布设控制点时多布置一些“多余”控制点,作为RTK测量成果质量控制的检核点。 

3　R TK的不足及其解决办法 

(1)受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候 ,世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖 ,容易产生假值。另外 ,在高山峡谷深处及密集森林区、城市高楼密布区,卫星信号被遮挡时间较长 ,使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用 RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。 

(2)天空环境影响。白天中午 ,受电离层干扰大 ,共用卫星数少 ,常接受不到 5颗卫星 ,因而初始化时间长甚至不能初始化 ,也就无法进行测量。我们做过试验 ,在同样的条件和同样的地点上进行 RTK测量 ,上午 11点之前和下午 3: 30分之后 , RTK测量结果准而快 ,而中午时分 ,很难进行 RTK测量。可见选择作业时段的重要性。 

(3)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰 ,在传输过程中衰减严重 ,严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外 ,当 RTK作业半径超过一定距离 (一般为几公里 ,每种机型在不同的环境又各不相同 )时 ,测量结果误差超限 ,所以 RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多 ,工程实践和专门研究都证研究表明 , RTK确定整周模糊度的可靠性最高为 95% , RTK比静态 GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此 ,和 GPS静态测量相比 , RTK测量更容易出错 ,必须进行质量控制。 

质量控制的方法主要有 : 
a1已知点检核比较法 ————即在布测控制网时用静态 GPS或全站仪多测出一些控制点 ,然后用 RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核 ,发现问题即采取措施改正。 
b1重测比较法 ————每次初始化成功后 ,先重测 1-2个已测过的 RTK点或高精度控制点 ,确认无误后才进行 RTK测量。 
c1电台变频实时检测法 ————在测区内建立两个以上基准站 ,每个基准站采用不同的频率发送改正数据 ,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果 ,比较这些结果就可判断其质量高低。 

以上方法中 ,最可靠的是已知点检核比较法 ,但控制点的数量总是有限的 所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果 ,电台变频实时检测法的实时性好 ,但它需具备一定的仪器条件。 

5　结　语 
实践证明 (GPS) RTK测量技术给现代矿山测量带来了重大的技术手段变革 ,极大地方便了矿山测量工作者的日常工作 ,随着其技术的不断进步,必将给矿山测量带来更大的便利 ,其在矿山测量中的应用领域将更为广泛。 

参考文献 : 
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