| 标题 | GPS—RTK在山区煤矿测绘与测设中的应用 |
| 范文 | 董会鹏 摘要：近年来，我国科学技术不断发展与进步，其中GPS测量技术改进不断深入，在地形测量、煤矿、土地调查、线路测量等方面得到了广泛的应用。GPS-RTX是一种新兴的矿区实时动态测量技术，是目前世界最先进的测量产品，高精度GPS，实时差分解算，可获取厘米级的进度，不仅大大提升了测量的准确性和精度，还降低了测量工作人员的工作强度，提高了测量工作的效率，为相关企业减少了大量的成本投入。笔者就GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的应用进行了分析，重点研究GPS-RTK实时动态测量技术在煤矿地表移动观测站放样工作中的优势，从而使该技术更高的满足山区煤矿测量精度的需求。 关键词：GPS-RTK 山区煤矿 测绘与测设 0 引言 GPS-RTK技术因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作简单等特点，在各个领域测量工作中显示出了巨大的潜力和广阔的前景。山区地形地貌较为复杂，且矿区范围内各种沉陷造成地面测量控制点破坏等情况，使得传统的测量技术难以满足该环境测量工作的需求，必须寻求一种高效、简便、快速的测量手段和技术进行测量，以便更好的满足矿山的测量要求。GPS-RTK，这种全新的实时动态测量技术，弥补了传统测量技术的不足与缺陷。利用载波相位动态实时差分方法，能在环境比较恶劣的条件下，实行全天候厘米级的定位活动，大大提升了测量的准确性和精度，降低了测量工作人员的强度，能取得较好的应用效果。 1 GPS-RTK技术的概述 1.1 GPS-RTK的组成 RTK测量系统主要包括GPS接收设备、数据传输系统以及软件系统构成。 ①GPS接收设备。为提升GPS-RTK测量的精度和准确性，更加准确快速地解算整周未知数，可以在用户站和基准站上安装双频GPS接收机。基准站在为多个用户站提供服务时，接收机的采样率与用户接收机的最高采样率必须保持一致。 ②数据传输设备。数据传输设备，也称为数据链，主要包括基准站的无线电发射电台和用户设备的接收机，两者工作的频率与功率与基准站和用户站的距离、环境以及数据传输速度密切相关。 ③软件系统。该技术支持动态测量软件系统的质量和功能，对提高实时动态测量的可行性、准确性具有显著的效果。 1.2 GPS-RTK技术的优势 ①GPS-RTK技术具有较强的实时性，且放样精度能达到厘米级别，这是一般测量设备无可比拟的。 ②据相关资料对比分析，GPS-RTK技术测量效率是传统导线测量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK测量作业的效率。GPS-RTK技术测量过程，投入的设备和人力较少，一般测量技术需要的成本投入是该技术的2-4倍左右。 ③GPS-RTK技术最大的优势是快速解算载波的整周未知数，提高了测量的快速性和精度，且在遇到障碍物失锁也可以准确的捕获卫星，并在最快的时间内继续测量。GPS-RTK在恶劣的环境下，也能实现实时测量并在现场进行数据校核，这是一般测量手段所不能及的。 ④在所有设备和基站完成设置后，整个系统仅用一人操作即可，也可同时设置几个流动站，提高测量效率。由于基站和移动站之间不需要通视，观测距离远，可全天24h进行测量作业。经大量实践证明，GPS-RTK技术测量精度主要取决于RTK设备、GPS系统、使用方法与水平等，只有严格按照规范操作，才能确保测量的质量和精度。 1.3 GPS-RTK工作原理 GPS测量技术工作原理是：该技术至少要使用2台GPS接收机，即流动站和基准站，并且必须确保两者同时工作。利用载波相位差分技术对这两个测站的载波相位观测量进行实时差分处理。RTK定位技术主要是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并实现厘米级精度测量。基准站接收机通常设在1个固定未知或者已知点上，对可用卫星的原始数据进行采集，通过串行端口将数据传送至无线电发射台，发射台进行广播，流动站接受来自基准站接收到的GPS原始数据信息，电台接收到的基准站原始数据由串口转往流动站接收机。同时，流动站GPS接收机开始采集本机原始数据，将来自基准站GPS接收机的原始数据进行统一处理，计算出两个接收机之间厘米级的基线向量。最后流动站接收机通过基准站位置和基线向量对流动站坐标进行计算。通过GPS-RTK技术测量作业，能在测量区域又快又准确的定位测量、放样以及地形测量等其他测量工作，大大提高了测量工作的效率。 2 GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的应用 2.1 山区煤矿区域控制网的建立与使用 由于一般测量要求控制点之间相互通视，作业流程较为复杂，测量精度不均匀，作业中也无法确定测量的成果精度。通过GPS-RTK技术进行测量作业，不仅能准确实时的明确定位结果，还能了解到定位精度，大大提高了测量作业的效率。在某山区煤矿区域内布设控制网时，由于该地地形地貌复杂，部门区域和方向有遮挡，测区内原有的坐标系有2个控制点，根据矿区实际测量需要，应均匀的加密7个控制点，点位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的满足矿区加密施工控制网精度的要求。因此运用GPS-RTK技术对矿区控制点的建立与使用，不但能提高测量的精度，而且快捷方便、省时省力。 2.2 求取坐标转换参数 对山区煤矿进行测绘与测设，往往需要将GPS接收机中原始大地坐标系统转换为当地坐标系统，就必须先对坐标转换参数进行计算，主要是根据至少3个已知高精度控制点的当地坐标值，即X、Y、H。由于已知控制点都是均匀的分布在测区上，可以在某山区煤矿测区内选择4个已知GPS控制点，其坐标数据如表1所示。 表1 4个已知GPS控制点的坐标参数 ■ 利用RTK系统中随机软件求出坐标转换参数，其中旋转度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程参数：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。 2.3 GPS-RTK移动观测站的测点放样 在山区煤矿地表移动观测站中，由于地形地貌较为复杂，运用GPS-RTK对其观测点进行放样，能有效的弥补传统测量技术的不足。放样过程中，只需要将测点设计坐标输入到GPS-RTK手簿中，在矿区已知点上架基准站，根据手簿的提升与指导，迅速定位观测点的实地位置。如果其实地位置在河水中或者悬崖边上，应根据实际情况进行适当调整，并将其迁移到合适地方，重新记录设计点与新点的位置，从而为观测站的重新设计创造有利条件。 2.4 GPS-RTK在山区煤矿地表移动观测站的观测 处于山区的煤矿，由于卫星信号失锁，无法进行GPS-RTK技术测量，那可以引入“全站仪”对GPS-RTK技术进行帮助，其工作原理如图1所示。当观测点a处于通视困难区域时，采用GPS-RTK技术测量无法满足精度要求，而b、c两点处于宽阔地带，是GPS-RTK实施测量的点位，其测量精度能满足要求。因此可以先运用GPS-RTK将b、c作为控制点，在b点安装全站仪，后视Ⅲ点定向，利用极坐标法进行a坐标的测量。 3 总结 在科学技术不断进步与发展的今天，GPS-RTK实时动态测量技术在各个领域测量工作中得到了广泛的推广与应用。通过对该技术的逐步完善，GPS-RTK能实时确定出空间三维坐标，满足煤矿区域控制网的布设以及矿区变形监测要求，彻底改变矿山传统测量模式，提高山区煤矿测绘和测设工作效率，降低工作人员工作强度，促进我国测量技术更好更快的发展。 参考文献： [1]尹淮新.GPS-RTK技术在阿勒安道煤矿地形测量中的应用[J].煤，2011，20（4）. [2]毛开森.GPS RTK技术在双龙煤矿地质勘查测量中的应用[J].矿山测量，2009（4）. [3]韩景民.GPS-RTK技术在煤矿地表测量中的精度比较[J].科技创新与应用，2013（32）. 摘要：近年来，我国科学技术不断发展与进步，其中GPS测量技术改进不断深入，在地形测量、煤矿、土地调查、线路测量等方面得到了广泛的应用。GPS-RTX是一种新兴的矿区实时动态测量技术，是目前世界最先进的测量产品，高精度GPS，实时差分解算，可获取厘米级的进度，不仅大大提升了测量的准确性和精度，还降低了测量工作人员的工作强度，提高了测量工作的效率，为相关企业减少了大量的成本投入。笔者就GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的应用进行了分析，重点研究GPS-RTK实时动态测量技术在煤矿地表移动观测站放样工作中的优势，从而使该技术更高的满足山区煤矿测量精度的需求。 关键词：GPS-RTK 山区煤矿 测绘与测设 0 引言 GPS-RTK技术因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作简单等特点，在各个领域测量工作中显示出了巨大的潜力和广阔的前景。山区地形地貌较为复杂，且矿区范围内各种沉陷造成地面测量控制点破坏等情况，使得传统的测量技术难以满足该环境测量工作的需求，必须寻求一种高效、简便、快速的测量手段和技术进行测量，以便更好的满足矿山的测量要求。GPS-RTK，这种全新的实时动态测量技术，弥补了传统测量技术的不足与缺陷。利用载波相位动态实时差分方法，能在环境比较恶劣的条件下，实行全天候厘米级的定位活动，大大提升了测量的准确性和精度，降低了测量工作人员的强度，能取得较好的应用效果。 1 GPS-RTK技术的概述 1.1 GPS-RTK的组成 RTK测量系统主要包括GPS接收设备、数据传输系统以及软件系统构成。 ①GPS接收设备。为提升GPS-RTK测量的精度和准确性，更加准确快速地解算整周未知数，可以在用户站和基准站上安装双频GPS接收机。基准站在为多个用户站提供服务时，接收机的采样率与用户接收机的最高采样率必须保持一致。 ②数据传输设备。数据传输设备，也称为数据链，主要包括基准站的无线电发射电台和用户设备的接收机，两者工作的频率与功率与基准站和用户站的距离、环境以及数据传输速度密切相关。 ③软件系统。该技术支持动态测量软件系统的质量和功能，对提高实时动态测量的可行性、准确性具有显著的效果。 1.2 GPS-RTK技术的优势 ①GPS-RTK技术具有较强的实时性，且放样精度能达到厘米级别，这是一般测量设备无可比拟的。 ②据相关资料对比分析，GPS-RTK技术测量效率是传统导线测量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK测量作业的效率。GPS-RTK技术测量过程，投入的设备和人力较少，一般测量技术需要的成本投入是该技术的2-4倍左右。 ③GPS-RTK技术最大的优势是快速解算载波的整周未知数，提高了测量的快速性和精度，且在遇到障碍物失锁也可以准确的捕获卫星，并在最快的时间内继续测量。GPS-RTK在恶劣的环境下，也能实现实时测量并在现场进行数据校核，这是一般测量手段所不能及的。 ④在所有设备和基站完成设置后，整个系统仅用一人操作即可，也可同时设置几个流动站，提高测量效率。由于基站和移动站之间不需要通视，观测距离远，可全天24h进行测量作业。经大量实践证明，GPS-RTK技术测量精度主要取决于RTK设备、GPS系统、使用方法与水平等，只有严格按照规范操作，才能确保测量的质量和精度。 1.3 GPS-RTK工作原理 GPS测量技术工作原理是：该技术至少要使用2台GPS接收机，即流动站和基准站，并且必须确保两者同时工作。利用载波相位差分技术对这两个测站的载波相位观测量进行实时差分处理。RTK定位技术主要是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并实现厘米级精度测量。基准站接收机通常设在1个固定未知或者已知点上，对可用卫星的原始数据进行采集，通过串行端口将数据传送至无线电发射台，发射台进行广播，流动站接受来自基准站接收到的GPS原始数据信息，电台接收到的基准站原始数据由串口转往流动站接收机。同时，流动站GPS接收机开始采集本机原始数据，将来自基准站GPS接收机的原始数据进行统一处理，计算出两个接收机之间厘米级的基线向量。最后流动站接收机通过基准站位置和基线向量对流动站坐标进行计算。通过GPS-RTK技术测量作业，能在测量区域又快又准确的定位测量、放样以及地形测量等其他测量工作，大大提高了测量工作的效率。 2 GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的应用 2.1 山区煤矿区域控制网的建立与使用 由于一般测量要求控制点之间相互通视，作业流程较为复杂，测量精度不均匀，作业中也无法确定测量的成果精度。通过GPS-RTK技术进行测量作业，不仅能准确实时的明确定位结果，还能了解到定位精度，大大提高了测量作业的效率。在某山区煤矿区域内布设控制网时，由于该地地形地貌复杂，部门区域和方向有遮挡，测区内原有的坐标系有2个控制点，根据矿区实际测量需要，应均匀的加密7个控制点，点位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的满足矿区加密施工控制网精度的要求。因此运用GPS-RTK技术对矿区控制点的建立与使用，不但能提高测量的精度，而且快捷方便、省时省力。 2.2 求取坐标转换参数 对山区煤矿进行测绘与测设，往往需要将GPS接收机中原始大地坐标系统转换为当地坐标系统，就必须先对坐标转换参数进行计算，主要是根据至少3个已知高精度控制点的当地坐标值，即X、Y、H。由于已知控制点都是均匀的分布在测区上，可以在某山区煤矿测区内选择4个已知GPS控制点，其坐标数据如表1所示。 表1 4个已知GPS控制点的坐标参数 ■ 利用RTK系统中随机软件求出坐标转换参数，其中旋转度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程参数：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。 2.3 GPS-RTK移动观测站的测点放样 在山区煤矿地表移动观测站中，由于地形地貌较为复杂，运用GPS-RTK对其观测点进行放样，能有效的弥补传统测量技术的不足。放样过程中，只需要将测点设计坐标输入到GPS-RTK手簿中，在矿区已知点上架基准站，根据手簿的提升与指导，迅速定位观测点的实地位置。如果其实地位置在河水中或者悬崖边上，应根据实际情况进行适当调整，并将其迁移到合适地方，重新记录设计点与新点的位置，从而为观测站的重新设计创造有利条件。 2.4 GPS-RTK在山区煤矿地表移动观测站的观测 处于山区的煤矿，由于卫星信号失锁，无法进行GPS-RTK技术测量，那可以引入“全站仪”对GPS-RTK技术进行帮助，其工作原理如图1所示。当观测点a处于通视困难区域时，采用GPS-RTK技术测量无法满足精度要求，而b、c两点处于宽阔地带，是GPS-RTK实施测量的点位，其测量精度能满足要求。因此可以先运用GPS-RTK将b、c作为控制点，在b点安装全站仪，后视Ⅲ点定向，利用极坐标法进行a坐标的测量。 3 总结 在科学技术不断进步与发展的今天，GPS-RTK实时动态测量技术在各个领域测量工作中得到了广泛的推广与应用。通过对该技术的逐步完善，GPS-RTK能实时确定出空间三维坐标，满足煤矿区域控制网的布设以及矿区变形监测要求，彻底改变矿山传统测量模式，提高山区煤矿测绘和测设工作效率，降低工作人员工作强度，促进我国测量技术更好更快的发展。 参考文献： [1]尹淮新.GPS-RTK技术在阿勒安道煤矿地形测量中的应用[J].煤，2011，20（4）. [2]毛开森.GPS RTK技术在双龙煤矿地质勘查测量中的应用[J].矿山测量，2009（4）. [3]韩景民.GPS-RTK技术在煤矿地表测量中的精度比较[J].科技创新与应用，2013（32）. 摘要：近年来，我国科学技术不断发展与进步，其中GPS测量技术改进不断深入，在地形测量、煤矿、土地调查、线路测量等方面得到了广泛的应用。GPS-RTX是一种新兴的矿区实时动态测量技术，是目前世界最先进的测量产品，高精度GPS，实时差分解算，可获取厘米级的进度，不仅大大提升了测量的准确性和精度，还降低了测量工作人员的工作强度，提高了测量工作的效率，为相关企业减少了大量的成本投入。笔者就GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的应用进行了分析，重点研究GPS-RTK实时动态测量技术在煤矿地表移动观测站放样工作中的优势，从而使该技术更高的满足山区煤矿测量精度的需求。 关键词：GPS-RTK 山区煤矿 测绘与测设 0 引言 GPS-RTK技术因其具有定位精度高、全天候、多功能、高效率、操作简单等特点，在各个领域测量工作中显示出了巨大的潜力和广阔的前景。山区地形地貌较为复杂，且矿区范围内各种沉陷造成地面测量控制点破坏等情况，使得传统的测量技术难以满足该环境测量工作的需求，必须寻求一种高效、简便、快速的测量手段和技术进行测量，以便更好的满足矿山的测量要求。GPS-RTK，这种全新的实时动态测量技术，弥补了传统测量技术的不足与缺陷。利用载波相位动态实时差分方法，能在环境比较恶劣的条件下，实行全天候厘米级的定位活动，大大提升了测量的准确性和精度，降低了测量工作人员的强度，能取得较好的应用效果。 1 GPS-RTK技术的概述 1.1 GPS-RTK的组成 RTK测量系统主要包括GPS接收设备、数据传输系统以及软件系统构成。 ①GPS接收设备。为提升GPS-RTK测量的精度和准确性，更加准确快速地解算整周未知数，可以在用户站和基准站上安装双频GPS接收机。基准站在为多个用户站提供服务时，接收机的采样率与用户接收机的最高采样率必须保持一致。 ②数据传输设备。数据传输设备，也称为数据链，主要包括基准站的无线电发射电台和用户设备的接收机，两者工作的频率与功率与基准站和用户站的距离、环境以及数据传输速度密切相关。 ③软件系统。该技术支持动态测量软件系统的质量和功能，对提高实时动态测量的可行性、准确性具有显著的效果。 1.2 GPS-RTK技术的优势 ①GPS-RTK技术具有较强的实时性，且放样精度能达到厘米级别，这是一般测量设备无可比拟的。 ②据相关资料对比分析，GPS-RTK技术测量效率是传统导线测量的3倍左右，大大提升了GPS-RTK测量作业的效率。GPS-RTK技术测量过程，投入的设备和人力较少，一般测量技术需要的成本投入是该技术的2-4倍左右。 ③GPS-RTK技术最大的优势是快速解算载波的整周未知数，提高了测量的快速性和精度，且在遇到障碍物失锁也可以准确的捕获卫星，并在最快的时间内继续测量。GPS-RTK在恶劣的环境下，也能实现实时测量并在现场进行数据校核，这是一般测量手段所不能及的。 ④在所有设备和基站完成设置后，整个系统仅用一人操作即可，也可同时设置几个流动站，提高测量效率。由于基站和移动站之间不需要通视，观测距离远，可全天24h进行测量作业。经大量实践证明，GPS-RTK技术测量精度主要取决于RTK设备、GPS系统、使用方法与水平等，只有严格按照规范操作，才能确保测量的质量和精度。 1.3 GPS-RTK工作原理 GPS测量技术工作原理是：该技术至少要使用2台GPS接收机，即流动站和基准站，并且必须确保两者同时工作。利用载波相位差分技术对这两个测站的载波相位观测量进行实时差分处理。RTK定位技术主要是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并实现厘米级精度测量。基准站接收机通常设在1个固定未知或者已知点上，对可用卫星的原始数据进行采集，通过串行端口将数据传送至无线电发射台，发射台进行广播，流动站接受来自基准站接收到的GPS原始数据信息，电台接收到的基准站原始数据由串口转往流动站接收机。同时，流动站GPS接收机开始采集本机原始数据，将来自基准站GPS接收机的原始数据进行统一处理，计算出两个接收机之间厘米级的基线向量。最后流动站接收机通过基准站位置和基线向量对流动站坐标进行计算。通过GPS-RTK技术测量作业，能在测量区域又快又准确的定位测量、放样以及地形测量等其他测量工作，大大提高了测量工作的效率。 2 GPS-RTK技术在山区煤矿测绘与测设中的应用 2.1 山区煤矿区域控制网的建立与使用 由于一般测量要求控制点之间相互通视，作业流程较为复杂，测量精度不均匀，作业中也无法确定测量的成果精度。通过GPS-RTK技术进行测量作业，不仅能准确实时的明确定位结果，还能了解到定位精度，大大提高了测量作业的效率。在某山区煤矿区域内布设控制网时，由于该地地形地貌复杂，部门区域和方向有遮挡，测区内原有的坐标系有2个控制点，根据矿区实际测量需要，应均匀的加密7个控制点，点位精度平面保持在2.2mm以上，高程高于10mm，更好的满足矿区加密施工控制网精度的要求。因此运用GPS-RTK技术对矿区控制点的建立与使用，不但能提高测量的精度，而且快捷方便、省时省力。 2.2 求取坐标转换参数 对山区煤矿进行测绘与测设，往往需要将GPS接收机中原始大地坐标系统转换为当地坐标系统，就必须先对坐标转换参数进行计算，主要是根据至少3个已知高精度控制点的当地坐标值，即X、Y、H。由于已知控制点都是均匀的分布在测区上，可以在某山区煤矿测区内选择4个已知GPS控制点，其坐标数据如表1所示。 表1 4个已知GPS控制点的坐标参数 ■ 利用RTK系统中随机软件求出坐标转换参数，其中旋转度：JR=-0.101454，比例：S-1000014，高程参数：a=-0.000047323，b=0.000023643，c=1.373809185。 2.3 GPS-RTK移动观测站的测点放样 在山区煤矿地表移动观测站中，由于地形地貌较为复杂，运用GPS-RTK对其观测点进行放样，能有效的弥补传统测量技术的不足。放样过程中，只需要将测点设计坐标输入到GPS-RTK手簿中，在矿区已知点上架基准站，根据手簿的提升与指导，迅速定位观测点的实地位置。如果其实地位置在河水中或者悬崖边上，应根据实际情况进行适当调整，并将其迁移到合适地方，重新记录设计点与新点的位置，从而为观测站的重新设计创造有利条件。 2.4 GPS-RTK在山区煤矿地表移动观测站的观测 处于山区的煤矿，由于卫星信号失锁，无法进行GPS-RTK技术测量，那可以引入“全站仪”对GPS-RTK技术进行帮助，其工作原理如图1所示。当观测点a处于通视困难区域时，采用GPS-RTK技术测量无法满足精度要求，而b、c两点处于宽阔地带，是GPS-RTK实施测量的点位，其测量精度能满足要求。因此可以先运用GPS-RTK将b、c作为控制点，在b点安装全站仪，后视Ⅲ点定向，利用极坐标法进行a坐标的测量。 3 总结 在科学技术不断进步与发展的今天，GPS-RTK实时动态测量技术在各个领域测量工作中得到了广泛的推广与应用。通过对该技术的逐步完善，GPS-RTK能实时确定出空间三维坐标，满足煤矿区域控制网的布设以及矿区变形监测要求，彻底改变矿山传统测量模式，提高山区煤矿测绘和测设工作效率，降低工作人员工作强度，促进我国测量技术更好更快的发展。 参考文献： [1]尹淮新.GPS-RTK技术在阿勒安道煤矿地形测量中的应用[J].煤，2011，20（4）. [2]毛开森.GPS RTK技术在双龙煤矿地质勘查测量中的应用[J].矿山测量，2009（4）. [3]韩景民.GPS-RTK技术在煤矿地表测量中的精度比较[J].科技创新与应用，2013（32）. |
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