浅谈GPS RTK在矿区测量中的应用探讨

　　摘要：GPSRTK定位技术测量精度高、布网方便、操作简单，在测量中赢得广泛的应用。本文结合工程实例介绍了利用GPSRTK技术进行矿区测量的方法及建议。
　　关键词：GPSRTK测量原理；矿区测量；测量方法
　　GPSRTK定位的概念：基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站,在流动站通过无线电接收基准站发射的信息,将载波相位观测值实时进行差分处理,得到基准站和流动站的坐标差△X、△Y、△Z;坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点的WGS-84坐标,通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x、y和海拔高程h。这个过程称作GPSRTK定位过程。GPSRTK定位技术主要用于地形测量和工程放样。
　　1GPSRTK测量原理
　　1.1GPS测量原理
　　GPS系统采用高轨测距体制，以观测站至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。为了获得距离观测量，主要采用两种方法：其一，是伪距测量，即根据接收机接收到的GPS卫星发射的测距A／C码和电文内容，通过信号从发射到到达用户接收机的传播时间，从而计算出卫星和接收机天线间的距离。由于存在有时钟差，习惯上称所测距离为“伪距”；其二，是载波相位测量，即测定GPS卫星载波信号在传播路径上的相位变化值，以确定信号传播的距离的方法。其定位精度比伪距测量的精度更高，主要应用是进行相对定位。
　　1.2RTK测量工作原理
　　RTK也称为载波相位差分技术，是建立在GPS全球定位系统之上的实时动态定位技术。使用差分定位技术，可以实时的得到移动点位的三维坐标，定位精度达到厘米级。载波相位差分方法分为两类：修正法、差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求出坐标。修正法是一种准RTK技术。差分法是将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标。利用差分定位技术，能完全消除接收机之间的公有的误差，如：卫星钟误差、星历误差；能消除部分的传播延迟误差，如：电离层误差、对流层误差等，从而提高了点位的定位精度。
　　2GPSRTK的优势
　　GPSRTK测图系统的研究将能满足人们日益提高的对测绘产品的快速要求。其优势主要表现在以下几个方面口：
　　(1)GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件复杂、通视状况差的地区。
　　(2)GPS测量可以极大地降低作业的劳动强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。
　　(3)GPSRTK技术将彻底改变矿区测量模式。
　　RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合矿区中勘探线、探槽、钻孔、地质点等工程勘测。它可以直接进行实地实时放样、图根测量、点位测量等。
　　(4)GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。
　　(5)选择较好的卫星时段，通过不同的布网形式，采取一定的措施，使平差后的改正数计算单位权中误差符合要求，RTK相对高差就可以达到4等水准精度的要求。
　　GPSRTK技术的这些特点，为GPSRTK技术应用于地形复杂矿区测量提供了良好的基础和强有力的技术保障。
　　3利用GPSRTK技术进行矿区测量实例
　　3.1工程概况
　　某矿区工程矿区面积30平方公里，其中详查矿段8平方公里。矿区待测探矿工程勘探线、探槽、钻孔、地质点70余个，1:2000地形测绘8平方公里，测区为丘陵地区，林地稀疏，农作物多为玉米、高粱以及低杆的蔬菜和水稻等，测区内共有自然村落10余个，人口密度小。根据测区的具体情况，我们利用GPSRTK测量的工作原理及优势制定了相应的技术要求和作业方法。
　　3．2技术要求
　　在矿区初测时应首先建立控制网，一般应采用静态GPS定位技术建立首级控制，同时也建立了RTK作业的基准站网络，在沿线还应布设一些GPS水准点，以利于进行高程的转化。目前的RTK技术产品一般都具有坐标放样功能，能够进行放样工作。首先应在室内根据设计数据计算出各待定点的坐标，包括勘探线、探槽、钻孔等，然后将这些数据送到手持机中，有了坐标以后在实测前还应作坐标转换参数的计算，以便把GPS测量结果转换到工程采用的坐标系统。有了转换参数便可在野外进行测设工作。具体步骤如下：
　　(1)计算各待定点的坐标。根据设计数据计算出各待定点的坐标，用已有的成熟测绘软件进行计算。
　　(2)将测设点的坐标输入到手持机中。设计坐标数据可由一定的软件输送到手持机中，也可由人工直接在手持机上进行数据输入，但人工输入工作效率较低且容易出错，不适合于大量点的输入。
　　(3)转换参数计算。首先确定采用哪些点进行转换参数的计算，这些点应具有已知坐标和WGS—84坐标，若没有WGS—84坐标，则可在野外利用GPS技术实时测得。实测时采用矿区内的首级控制点进行转换参数的计算，这些点均进行过GPS测量。在实测探矿工程时一般实时只考虑平面位置，可把平面和高程分开处理，平面采用平面转换的模型，后处理高程计算采用动态拟合模型。现各种RTK产品的手持机中一般都装有可进行转换参数计算的软件系统，实测时采用随机软件进行计算。
　　(4)偏心改正。本文将偏心问题分为两种：一种是仅有天线引起的偏心，如房角等；另一种是除天线影响外，还有地物本身的半径、厚度等引起的偏心，如电杆、通讯杆等。针对这两种偏心问题都采用已知公式进行修正。
　　(5)矿区探矿工程野外实测。野外实测时基准站可设置于视野开阔的已知控制点上，实测时基准站设置于控制点“CLQ”上，作好GPS接收机、数据链电台及电池等的连线工作，输入参考站的坐标及其它一些设置参数后，启动基准站设备进入工作状态，数据链不断地发射校正信息，此时移动站可开始工作。流动站应从另一已知点出发，即先验证已知坐标、转换参数及参考站设置的准确性，然后施测各探矿工程的位置，在每次作业的最后应再次回到已知点上检查是否与已知数据相符。以保证实测数据的质量。施测时移动站从GPS开始实测检校，然后对勘探线、探槽、钻孔、地质点进行施测，到达其余GPS控制点后再进行检校，实测的点位与已有点位之差均在2cm内，精度较好。设计钻孔定位放样时，为确定钻孔的实际位置需要移动天线，在手持机上可给出需移动的距离或者南北向和东西向各移动多少，为在实际移动中能够准确确定移动的方位和距离应配合以手表式的指南针，也可采用一小钢卷尺为辅助工具，当与目标点在1米以内时选择两点观测，两点与目标的距离可得到，用小卷尺采用距离交会便可较准确地定出待定点的位置，再把仪器放置上面观测。
　　3．3图根控制点作业方法
　　(1)图根控制点的GPS观测方法，采用一台接收机在已知点作为固定站，其余三台接收机作为流动站，在待定点(图根控制点)上设站，这样便于在外业观测时同时作业，提高工作效率，并且灵活方便。图根控制点的点位精度能达到规范要求，这种作业方法完全可以满足
　　1：2000地形测绘中图根控制点平面及高程的精度要求，而且缩短了外业观测的时间及降低了工作人员在酷暑作业时的劳动强度。
　　(2)外业观测时，首先将一部接收机送到作为固定站的已知点上进行GPS观测，然后再将其余三部接收机作为流动站送到各待定点位进行观测。在观测时，作为固定站的接收机从开始观测到所有的接收机观测结束，中间不能停止观测，直至流动站的所有接收机关机后方可关机。这样，在整个观测过程中至少有两部接收机进行了在同一时段内的同步观测，形成独立基线。流动站的接收时间为不少于l5分钟，历元数不少于60个，PDOP值小于8，固定站点重复观测均在2次以上，图根控制点一般重复观测2次。整个测区共布设图根控制点80个，我们只用4个工作日即将全部外业观测工作做完，其中只有2点因解不出模糊度和观测时间少于15分钟，而进行了1次重测。
　　3．4几点建议
　　(1)开发“内外业一体化系统”，是GPSRTK测量成果能够为勘测、设计、施工等阶段的工作提供更快更准确的测量成果。
　　(2)开展GPSRTK的数学模型理论研究，研究提高基准站问模糊度的数学模型和方法，从而降低基准站的综合误差，进一步提高GPSRTK技术在矿区测量中的精度。
　　(3)综合考虑GPSRTK技术测量优势，加强与传统测量全站仪、水准仪等测量方式的结合，拓宽GPSRTK测量技术在矿区测量中的应用范围。
　　4结语
　　采用GPSRTK定位测量技术可以大幅度的缩短工期，我们将这次工程的GPSRTK作业方法与常规作业方法作业进行了比较，使用GPSRTK定位测量技术既可缩短工期、保证成果质量，又能大幅度的降低工程测量的成本。
　　
　　参考文献:
　　[1]周立功．ARM微控制器基础与实战[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2005．
　　[2]张息秀．GPSRTK和全站仪相配合在城市地籍测量中的应用[J]．地矿测绘，2005．
　　[3]艾红，王洪涛．基于ARM的车载GPS／GPRS智能监控系统[J]．哈尔滨理工大学学报，2008．