(GPS ) RTK 技术 在现代矿山测量中的 应用 体会

heart

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。
　

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由于 测绘 技术 的飞速发展 , 全站仪 的 应用 已相当普遍 , 与传统平板测图相比 , 它是一种从白纸成图到数字成图的质的飞跃。传统的测量工作 程序 是“先控制 , 后碎部” , 有时受天气和通视的影响 , 控制测量需要观测较长的时间 , 因而影响碎部测量的进行。 GPS 技术经过最近 20 多年的发展 , 其应用日趋成熟应用的范围越来越广 , 由于具有全天候、无需通视、定位精度高、测量时间短、测量人员少等优点 , 使得 GPS 应用范围越来越广。
1   RTK 定位原理与要求
1.1 定位原理
RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它突破了常规 RTK 差分作业 系统 相对独立、基准站临时性以及频繁架设等问题，实现了无需架设基准站的梦想。 其系统主要由三部分组成 : 基准站、流动站 ( 一个或多个 ) 、 数据 链。一般情况下 , 基准站设在具有已知 坐标 的高等级控制点上 , 连续接收所有可视卫星信号 , 并将测站点坐标、载波相位观测值、伪距观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等参考信息通过数据链发送给流动站 , 而流动站在跟踪 GPS 卫星信号的同时接收来自基准站的数据 , 通过差分处理解求与基准站之间的 三维 坐标增量△ X 、△ Y 、△ Z, 由此计算流动站的坐标。
1.2 观测要求
1) 基准站站点的选择与仪器设置除了要满足《全球定位系统 (GPS) 测量 规范 》 (CH2001-92, 以下简称《规范》 ) 要求外 , 还应该结合测区的实际情况 , 比如考虑到使用电台的功率与覆盖范围的关系 , 以及电台间数据传输的有效性 , 应将基准站架设在测区的中央 , 并尽可能布置在较高的 位置 上 ; 距离高压线和无线电发射塔 50 m 以上 , 避免强电源的干扰 ; 远离大面积水域或森林覆盖茂密的地方 , 避免多路径效应的发生。
2) 流动站站点的仪器设置同样要满足《规范》要求 , 在进行图根加密测量时 , 虽然点的选择具有较大的灵活性 , 但要求在通视条件困难地区最少有一个通视方向 , 在开阔地带应有 2~3 个通视方向。
2 RTK 定位精度
由于 RTK 定位的数据处理过程是计算基准站和流动站之间的基线向量即坐标增量的过程 , 不存在网平差处理 , 因此精度评定跟静态测量基线处理的精度评定相似 , 一般使用两个指标 : 载波相位的整周模糊度是否固定和均方根 RMS 值。前者决定流动站点的坐标值是固定解还是浮动解 , 在 RTK 的有效范围内 , 浮动解的精度在分米级到米级之间 , 只有固定解才能达到厘米级的定位精度 ; 后者直接确定了定位精度大小 , 值越小表示精度越高。
3 GPS 的实施与应用
3.1 矿区控制网布设
马宗岭钒矿是一个正在进行勘测的新矿山，各项找矿工作都在陆续进行中，由于矿山需要，在矿区范围内布设 10 个点构成 GPS
网，采用 4 台南方 9600GPS 接收机进行观测，通过同步采集的数据组成同步环和异步环及必要的重复基线。观测前设置检查仪器采集参数及采集历元间隔和高度截至角。在观测时间上，接收机接收信号好的观测点上同步时间为一个小时，接收信号较弱的观测点观测时间为 2 个小时，以保证采集的数据可以解的固定解。平差处理时，根据采集数据解得合格固定解，检核同步环和异步环是否符合规范。在各基线处理合格后，进行三维无约束平差并评定 GPS 网内符合精度，然后加入已知坐标，进行二维约束平差，求出各点平面坐标和精度评定。
3.2 GPS RTK 结合全站仪在矿山 工程 测量中的应用
在过去传统测量中，采用 RTK 后，在一般的地形地势下，在地势较高的地方，设站一次即可测完半径为 15 公里以内的测区，大大减少传统测量所需的控制点数量和全站仪的搬站次数，仅需一个人在地形地貌碎部点进行观测，可以得到该点的三维坐标值。
在测区范围内把设计好的点位在实地标定出来（比如钻孔放样），采用 RTK 技术放样时，外业放样效率会大大提高，仅需把设计好的点位坐标 输入 到电子手薄中，手薄显示会 自动 提醒你走到要放样的位置，既迅速又方便。
在进行矿山测量时，对于地势较好的地方（无遮蔽接收信号好、信号不发生失锁的位置）， RTK 测量的确能减轻工作量，加快作业速度，提高作业效率。由于 RTK 测量时接收机对信号接收要求高，矿山测量中经常会遇到山势陡峭、植被覆盖茂密，接收机接收不到信号的地方，信号容易失锁，一旦发生失锁接收机就要重新初始化，测量精度就会大大降低，有时会出现无法测量出碎步点坐标，无法满足矿山测量需要，为了提高测量精度，就需要全站仪的配合使用，在接收机信号容易失锁的地方采用在控制点上架设全站仪直接进行测量或放样，从而提高采集的碎步点或是放样点的精度。
4 ．结束语
GPS 的缺点：采集碎步点时接收机主要靠接收信号，对信号的依赖较强，在矿山一些遮蔽的地方，信号容易发生失锁，不能进行精确测量：在开阔地区，信号失锁问题不会出现，能够达到所需要的测量精度，但它具有全天候、无需通视、定位精度高、测量时间短、测量人员少等优点 , 。因此，在矿山测量中还需要全站仪及其他测量工具的配合，充分发挥 GPS 与全站仪及其他测量工具各自的优势，对加快矿山测量进度，提高测量精度有很大的实际意义。

买火车的女孩

很不错，已经用过了，不过设备的价格比较高

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回复 heart 的帖子

在公司矿山生产中得到广泛应用，大大提高作业率，降低劳动强度。

确定

我矿在用11111111111111111111111111111111

jingnanbei

精度高吗？准确吗？

陈年风褛

哪里能搞到控制点信息？

一笑二哥

谢谢分享么么哒！！！