趙士恒

【摘 要】近年來，中國北斗衛(wèi)星和美國GPS衛(wèi)星空間定位技術(shù)發(fā)展迅速，依托空間定位的GNSS接收機(jī)已廣泛用于控制測(cè)量、航空遙感、土地資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查和地形地籍測(cè)量等各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域。論文以露天礦山為例，簡要介紹了GNSS RTK模式在露天礦山測(cè)量應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了相關(guān)見解。

【Abstract】 In recent years， the development of Chinese Beidou satellite and the United States GPS satellite space positioning technology developed rapidly， GNSS receivers based on spatial positioning have been widely used in control surveying， aerial remote sensing， land resources survey， geological survey and topographic cadastral survey and other fields. Taking opencast mine as an example， this paper briefly introduces the advantages and disadvantages of GNSS RTK model in surface mine surveying and puts forward relevant opinions.

【關(guān)鍵詞】GNSS RTK；露天礦山；技術(shù)原理

【Keywords】 GNSS RTK； surface mine； technical principle

【中圖分類號(hào)】P228.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0182-02

1 GNSS RTK技術(shù)原理和特點(diǎn)

1.1 GNSS RTK技術(shù)的工作原理

GNSS RTK技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)量為根本的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)，其基本原理是：在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GNSS接收機(jī)，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并通過無線通訊設(shè)備將觀測(cè)的數(shù)據(jù)和測(cè)站坐標(biāo)信息傳送給移動(dòng)站；移動(dòng)站由一套GNSS接收機(jī)組成，除了自己接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)以外，還通過無線電通訊設(shè)備接收基準(zhǔn)站信號(hào)，并根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地以厘米級(jí)的精度給出移動(dòng)站的三維坐標(biāo)。這種以載波相位差分的定位方式又分為改正法和求差法，改正法是基準(zhǔn)站將載波相位的改正量發(fā)給移動(dòng)站，并對(duì)移動(dòng)站的載波相位進(jìn)行改正；求差法是基準(zhǔn)站將載波相位發(fā)送給移動(dòng)站，由移動(dòng)站自己對(duì)觀測(cè)值求差進(jìn)行坐標(biāo)解算。

1.2 GNSS RTK技術(shù)相對(duì)于常規(guī)測(cè)量的特點(diǎn)

測(cè)站間無需通視：RTK測(cè)量不要求測(cè)站之間的互相通視，這一特點(diǎn)大大提高了測(cè)量的工作效率，減少了測(cè)量技術(shù)人員的工作強(qiáng)度。另外需要注意的是，GNSS測(cè)量雖然不要求通視，但是需要保證測(cè)站上空有足夠的凈空，以使接收機(jī)能夠不受干擾地接收衛(wèi)星信號(hào)。

定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短：大量的實(shí)踐表明，在<10km的基線上，RTK的平面定位精度可達(dá)厘米級(jí)。

操作簡便并提供三維坐標(biāo)：隨著測(cè)量硬件自動(dòng)化程度的不斷提高，RTK的操作越來越簡單，測(cè)量員只需要安置并開關(guān)儀器、量取儀器高、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而跟蹤觀測(cè)、數(shù)據(jù)記錄等都由接收機(jī)自己來完成。在精確測(cè)定測(cè)站平面坐標(biāo)的同時(shí)還能測(cè)定測(cè)站的大地高程。

全天候作業(yè)：由于衛(wèi)星24h不間斷圍繞地球運(yùn)行，這樣使GNSS作業(yè)可以不受白天夜晚和天氣狀況的影響，在任何時(shí)間都可以進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。

2 GNSS RTK技術(shù)在露天礦山測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 礦區(qū)大比例尺地形圖的測(cè)繪

露天礦山的地形圖是進(jìn)行礦區(qū)規(guī)劃和建設(shè)的基礎(chǔ)資料，十分重要?，F(xiàn)代露天礦山機(jī)械化程度高，礦山表面的變化日新月異，為了能及時(shí)給領(lǐng)導(dǎo)層提供決策信息，必然會(huì)對(duì)地形圖的實(shí)時(shí)性有更高的要求，需要不斷地對(duì)地形進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

傳統(tǒng)的全站儀測(cè)量設(shè)備一般每組需要3～4個(gè)人協(xié)同作業(yè)，工作量大、速度慢，所以效率較低。采用RTK測(cè)量技術(shù)，1個(gè)人就可以獨(dú)立成組。將基準(zhǔn)站架設(shè)在礦山地形高點(diǎn)，開闊平坦的區(qū)域，1個(gè)人操作流動(dòng)站進(jìn)行特征點(diǎn)的地形測(cè)量，1～3s即可測(cè)出1點(diǎn)的三維坐標(biāo)。外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，回到室內(nèi)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，利用CASS等內(nèi)業(yè)成圖軟件，結(jié)合碎步點(diǎn)編碼即可繪制地形圖。RTK的優(yōu)越性使測(cè)量工作者的工作量大大減少，提高了地形圖更新的實(shí)時(shí)性，能更好地服務(wù)于礦區(qū)的各項(xiàng)建設(shè)。

2.2 礦區(qū)的變形監(jiān)測(cè)

露天礦山在開采過程中地形變化較快，隨著開采深度不斷增加，邊坡出現(xiàn)塌方，礦山周邊地面出現(xiàn)塌陷的風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及預(yù)警能有效避免重大安全事故的發(fā)生，保證人員和財(cái)產(chǎn)安全。

在變形監(jiān)測(cè)中，通常需要達(dá)到毫米級(jí)或者亞毫米級(jí)的精度，而RTK的定位精度為厘米級(jí)，這要需要利用RTK的定位原理將GNSS升級(jí)為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1]。目前國內(nèi)部分大型露天礦山均建立了GNSS自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和GNSS數(shù)據(jù)處理中心三部分組成。數(shù)據(jù)采集分基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩個(gè)部分，基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置要長期穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)點(diǎn)則設(shè)置在礦山周邊能反應(yīng)變形的特征點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳輸可以采用有線和無線兩種方式。

整個(gè)系統(tǒng)需要全年連續(xù)觀測(cè)，并實(shí)時(shí)將觀測(cè)資料傳輸至控制中心進(jìn)行分析處理，對(duì)發(fā)生的超過限制的變形，實(shí)時(shí)發(fā)送到?jīng)Q策者手機(jī)中。

2.3 露天礦區(qū)的控制測(cè)量

露天礦區(qū)的常規(guī)控制測(cè)量一般采用導(dǎo)線測(cè)量的方法，要求測(cè)站點(diǎn)之間必須通視，操作過程限差較多，作業(yè)工序復(fù)雜，容易超限，在外業(yè)作業(yè)過程中不能實(shí)時(shí)知道成果的精度。在精度要求較高的情況下可以使用GNSS靜態(tài)控制測(cè)量的方式，然后通過后處理軟件得到控制點(diǎn)的平差坐標(biāo)，相對(duì)于導(dǎo)線測(cè)量的方法不論在精度還是效率方式上都有明顯優(yōu)勢(shì)。目前GNSS大多都能接收三種類型的導(dǎo)航衛(wèi)星，其RTK方式的定位精度已能滿足露天礦山控制測(cè)量的精度，而且礦山控制點(diǎn)由于不斷開采很容易受到破壞，在考慮人力、物力和效率的前提下，RTK控制測(cè)量不失為一種好的方法[2]。endprint

2.4 鉆孔的放樣

露天礦山測(cè)量中爆破鉆孔的放樣是一項(xiàng)常規(guī)工作，地質(zhì)工程師根據(jù)工作計(jì)劃在地形圖上設(shè)計(jì)好鉆孔，測(cè)量技術(shù)人員在圖上提取各鉆孔坐標(biāo)。傳統(tǒng)放樣方式是通過全站儀的放樣功能進(jìn)行放樣操作，一般由觀測(cè)員和立鏡員配合操作，測(cè)站點(diǎn)和立鏡員之間互通視，由觀測(cè)員指導(dǎo)立鏡員將鉆孔放樣到實(shí)地。采用RTK技術(shù)只需1個(gè)即可完成放樣操作，將鉆孔坐標(biāo)導(dǎo)入到GNSS移動(dòng)站手薄，將GNSS RTK安置調(diào)試好后，測(cè)量人員即可通過手薄的放樣功能，準(zhǔn)確放樣處各鉆孔位置到實(shí)地，相比全站儀放樣RTK有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 GNSS RTK技術(shù)在露天礦山測(cè)量中注意事項(xiàng)

3.1 測(cè)量基準(zhǔn)站位置的選擇

基準(zhǔn)站的位置選擇十分重要，合適的基準(zhǔn)站位置能夠在很大程度上保證測(cè)量的精度。首先基準(zhǔn)站的位置，盡量選擇在測(cè)區(qū)的高出并且地勢(shì)開闊沒有明顯遮擋物的地點(diǎn)，這樣能保證基準(zhǔn)站捕捉更多衛(wèi)星。其次基準(zhǔn)站的位置200m范圍內(nèi)不應(yīng)該有電信發(fā)射塔、高壓電線和無線電臺(tái)等影響信號(hào)接收和發(fā)射的干擾源；50m范圍不應(yīng)有大面積水域，以免信號(hào)產(chǎn)生多路徑效應(yīng)。

3.2 科學(xué)確定轉(zhuǎn)換參數(shù)

轉(zhuǎn)換參數(shù)分為三參數(shù)、四參數(shù)和七參數(shù)。根據(jù)測(cè)區(qū)的范圍大小和精度要求合理確定轉(zhuǎn)換參數(shù)。在礦山的各項(xiàng)測(cè)量工作中原則上應(yīng)選用一套統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，這樣能避免在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中造成的精度損失。當(dāng)遇到坐標(biāo)系不一致的情況時(shí)，就需要通過控制點(diǎn)確定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)，保證所測(cè)數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為目標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

在測(cè)繪行業(yè)不斷飛速發(fā)展的今天，RTK測(cè)量技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量的部分缺點(diǎn)，極大地提高了工作效率。通過在大型露天礦山測(cè)量中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了該技術(shù)的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息處理的自動(dòng)化、智能化， 大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使礦山測(cè)量工作變得更加容易。但是RTK作業(yè)方式依賴于衛(wèi)星信號(hào)和通訊信號(hào)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定或者數(shù)據(jù)鏈斷開的情況，容易受到高大物體遮擋，隨著CORS站等新技術(shù)的發(fā)展，RTK技術(shù)必定會(huì)更好地服務(wù)于礦山。

【參考文獻(xiàn)】

【1】買買提江.阿布力米提.RTK技術(shù)在現(xiàn)代礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].新疆有色金屬，2011（5）：186.

【2】李東紅.RTK定位技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技信息，2011（9）：127.endprint