摘要：本文結(jié)合作者自身多年現(xiàn)場實(shí)踐，簡要介紹了GPS—RTK技術(shù)基本原理及構(gòu)成，以礦山測量為例闡述了GPS—RTK技術(shù)在我國工程測量中的應(yīng)用，分析了GPS—RTK技術(shù)具體應(yīng)用中的優(yōu)勢和優(yōu)點(diǎn)，并就RTK技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題提出有益的見解。
　　關(guān)鍵詞：GPS—RTK，工程測量，精度分析
　　GPS技術(shù)主要有靜態(tài)定位技術(shù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(GPS—RTK)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)
　　(NetworkRTK)、廣域差分技術(shù)(WADGPS)、全球動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(GlobalRTK)等。本文主要介紹實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(GPS—RTK)在礦山測量中的應(yīng)用。GPS—RTK技術(shù)應(yīng)用于礦山測量工作中，主要用于礦區(qū)控制點(diǎn)加密，地形測量，鉆孔、剖面點(diǎn)、探槽、探井、坑口、取樣鉆孔、地質(zhì)點(diǎn)、近井點(diǎn)、坑口位置點(diǎn)的坐標(biāo)放樣與求測，工程作業(yè)調(diào)度，地質(zhì)填圖等。
　　1GPS—RTK系統(tǒng)原理及構(gòu)成
　　1.1基本原理
　　RTK測量技術(shù)，是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTDGPS)測量技術(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的基本原理是在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測，
　　并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級(jí)。這樣通過實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測基準(zhǔn)站與用戶站觀測結(jié)果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，從而可實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，以減少冗余觀測，縮短觀測時(shí)間。
　　1.2RTK測量系統(tǒng)的構(gòu)成
　　RTK測量系統(tǒng)主要由GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。
　　(1)GPS接收設(shè)備
　　在基準(zhǔn)站和用戶站上，分別設(shè)置雙頻GPS接收機(jī)。由于雙頻觀測值不僅精度高，而且有利于快速準(zhǔn)確地解算整周未知數(shù)。當(dāng)基準(zhǔn)站為多用戶服務(wù)時(shí)，其接收機(jī)的采樣率應(yīng)與用戶接收機(jī)采用率最高的相一致。
　　(2)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備
　　數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射臺(tái)與用戶站的接收機(jī)組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準(zhǔn)站的距離、環(huán)境質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。
　　(3)軟件系統(tǒng)
　　支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的可行性、測量結(jié)果的可靠性和精確性，具有決定性意義。這種軟件系統(tǒng)突出的功能是能夠快速解算整周未知數(shù)，能選擇快速靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)等作業(yè)模式，實(shí)時(shí)完成對(duì)解算結(jié)果的質(zhì)量分析和評(píng)價(jià)。
　　2GPS技術(shù)在礦山測量中的作業(yè)流程
　　2.1內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備
　　在實(shí)施GPS外業(yè)測量前，應(yīng)事先對(duì)測區(qū)進(jìn)行踏勘，根據(jù)礦山測量的特點(diǎn)完成內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　(1)根據(jù)工程項(xiàng)目，設(shè)定工程名稱；
　　(2)參數(shù)設(shè)置：基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為4～5S，流動(dòng)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為1～2S，高度截止角通常設(shè)定為10度。
　　(3)若已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則輸入手簿。
　　(4)實(shí)施工程放樣前，內(nèi)業(yè)輸入每個(gè)放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)、線路方位角，以便野外實(shí)時(shí)、準(zhǔn)
　　確放樣。
　　2.2求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)
　　礦山測量是在北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就存在WGS一84坐標(biāo)與北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。由于RTK作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。
　　(1)對(duì)于較大型的測區(qū)事先測定轉(zhuǎn)換參數(shù)，在RTK作業(yè)時(shí)，直接輸人參數(shù)和基準(zhǔn)站坐標(biāo)。
　　利用高等級(jí)控制點(diǎn)同一點(diǎn)的2種坐標(biāo)求出的轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　(2)也可在RTK作業(yè)時(shí)臨時(shí)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。首先在對(duì)空視野開闊的地方設(shè)立基準(zhǔn)站并采集單點(diǎn)定位WGS一84坐標(biāo)，然后流動(dòng)站聯(lián)測3個(gè)以上的高等級(jí)的控制點(diǎn)，求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　2.3基準(zhǔn)站的安置為保證觀測的精度和提高工作效率，基準(zhǔn)站的安置應(yīng)滿足下列條件。
　　(1)基準(zhǔn)站可設(shè)立在精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可設(shè)立在條件較好的未知點(diǎn)上；
　　(2)基準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇在地勢較高、通視無遮擋、電臺(tái)有良好覆蓋區(qū)域的地方，首選是測
　　區(qū)中央地區(qū)。
　　(3)為防止多路徑效應(yīng)和數(shù)據(jù)鏈的丟失，基準(zhǔn)站200米范圍內(nèi)應(yīng)無高壓電線、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)、無線電發(fā)射臺(tái)等干擾源，周圍應(yīng)無GPS信號(hào)反射源。
　　(4)基準(zhǔn)站電臺(tái)的天線應(yīng)架設(shè)在GPS接收機(jī)主機(jī)的北方。因?yàn)槟媳睒O附近是衛(wèi)星的空洞區(qū)。
　　2.4GPS—RTK施測及放樣
　　在測區(qū)首級(jí)控制的基礎(chǔ)上，利用點(diǎn)校正方法，求解坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)；選擇對(duì)天通視較
　　好，四周無各種強(qiáng)電磁干擾源的地方設(shè)置基準(zhǔn)站。當(dāng)測區(qū)可見GPS衛(wèi)星數(shù)在5顆以上、PDOP
　　值小于6時(shí)，一般只需5～15秒就可完成初始化而得到固定解。每臺(tái)移動(dòng)站只需一人即可進(jìn)行測量作業(yè)，每次開始作業(yè)應(yīng)對(duì)已知控制點(diǎn)進(jìn)行檢查，確保系統(tǒng)無誤后，應(yīng)用GPS電子手簿即可進(jìn)行地形地物點(diǎn)、勘探坑道的采集或勘探線剖面、勘探工程點(diǎn)的放樣作業(yè)，每點(diǎn)采集記錄時(shí)間約1～10秒。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡單，外業(yè)測量采集的實(shí)測坐標(biāo)通過手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)。可進(jìn)行圖形編輯，也可經(jīng)整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來。在勘探工程點(diǎn)放樣上，RTK同樣能實(shí)時(shí)地提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)，不僅可以使你快速找到點(diǎn)位，而且能提供定位精度。如在勘探線上加放點(diǎn)和測點(diǎn)，依據(jù)GPS電子手簿顯示的定線導(dǎo)航數(shù)據(jù)同樣能使你快速上線。利用GPS-RTK放樣，無需對(duì)講機(jī)傳遞導(dǎo)航數(shù)據(jù)和方向，GPS電子手簿導(dǎo)航畫面讓你輕松快速上點(diǎn)、上線，極大提高了工作效率，減輕了測量人員的工作強(qiáng)度。
　　3RTK應(yīng)用及定位精度分析
　　某礦區(qū)地勢起伏不大，天空開闊，除個(gè)別地方外對(duì)RTK作業(yè)無大的影響。該工程控制測量、勘探剖面線、勘探工程點(diǎn)的放樣均采用RTK作業(yè)。重復(fù)測量同一控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表，見表1。相鄰觀測點(diǎn)間全站儀實(shí)測和RTK實(shí)測距離抽樣檢查比較，見表2。
　　表1重復(fù)測量同一控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差m
　　點(diǎn)號(hào) ⊿X ⊿Y ⊿Z
　　GPS3 0.009 0.004 0.004
　　GPS10 0.007 0.003 0.005
　　N1 0.012 0.002 0.009
　　N8 0.005 0.003 0.008
　　N21 0.010 0.002 0.006
　　N35 0.004 0.011 0.012
　　
　　
　　
　　
　　表2相鄰觀測點(diǎn)間全站儀實(shí)測和RTK實(shí)測距離較差m
　　點(diǎn)號(hào) 全站儀實(shí)測距離 RTK實(shí)測距離 較差
　　5 6 110.235 110.231 0.004
　　10 11 85.638 85.632 0.006
　　11 12 165.700 165.707 0.007
　　20 21 115.657 115.649 0.008
　　29 30 195.623 195.612 0.011
　　
　　從上表來看，RTK測量既可以實(shí)時(shí)提供點(diǎn)位坐標(biāo)和高程，又可實(shí)時(shí)知道測量點(diǎn)位精度，能夠較大地提高工作效率。同時(shí)從測量結(jié)果來看，RTK測量點(diǎn)位精度可達(dá)厘米級(jí)，完全能夠滿足礦山測量的需要。
　　4RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
　　(1)傳統(tǒng)測量外業(yè)容易受到地形、氣候、季節(jié)等諸多因素的影響，使測量精度、作業(yè)速度都受到很大限制，在能見度低，通視條件差的情況下，有些測量作業(yè)根本無法進(jìn)行。而GPS—
　　RTK技術(shù)，解決了這個(gè)問題。
　　(2)定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，測站間無需通視。
　　在沒有已知基準(zhǔn)點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)被破壞而造成的控制點(diǎn)不足的地區(qū)和由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的通視困難地區(qū)能快速的、高精度定位。
　　(3)綜合測繪能力強(qiáng)，作業(yè)集成度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
　　可勝任各種測量內(nèi)、外業(yè)工作。基準(zhǔn)站能夠?yàn)椴煌�用戶提供多�?xiàng)信息輸出，流動(dòng)站利用內(nèi)置軟件控制系統(tǒng)，在作業(yè)時(shí)，無需人工干預(yù)便可進(jìn)行整周未知數(shù)的動(dòng)態(tài)初始化解算，使輔助測量工作極大減少，作業(yè)精度也自動(dòng)控制和記錄，從而使自動(dòng)化作業(yè)指揮系統(tǒng)的建立成為可能。
　　(4)操作簡便，對(duì)作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲(chǔ)能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)、全站儀
　　等測量儀器通信方便。
　　(5)作業(yè)人員少，定位速度快，綜合效益高。
　　GPS接收機(jī)僅需一個(gè)人操作，在待測點(diǎn)等待l-2秒即可獲得該點(diǎn)的坐標(biāo)，外業(yè)效率高；內(nèi)業(yè)便于計(jì)算機(jī)處理，節(jié)省了時(shí)間和人力。
　　5RTK技術(shù)存在的問題與對(duì)策
　　雖然RTK技術(shù)在礦山測量中有較廣闊的應(yīng)用前景，但是由于礦區(qū)特殊的環(huán)境，存在一些不利于RTK作業(yè)的因素，如山谷和森林等。在應(yīng)用中，就發(fā)現(xiàn)一些測量過程中的一些問題：
　　(1)各觀測值都是獨(dú)立觀測的，儀器是否處于正常狀態(tài)，觀測的數(shù)據(jù)是否可靠？在開始觀測前、觀測一段時(shí)間、觀測結(jié)束前或儀器失鎖都要聯(lián)測已知點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，以確定基準(zhǔn)站和流動(dòng)站參數(shù)是否設(shè)置正確，數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常。
　　(2)集森林區(qū)、不能被衛(wèi)星很好地覆蓋地區(qū)：高山峽谷深處、密高樓林立區(qū)，RTK的使用受到限制，應(yīng)配合航空攝影測量和常規(guī)測量方法。
　　(3)高程異常值問題，RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)
　　換至海拔高程的工作變得相對(duì)困難，精度也不均勻。應(yīng)盡量在測區(qū)分布均勻的控制點(diǎn)上聯(lián)測，求得較精確的高程轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　(4)在測量過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)時(shí)間段或區(qū)域內(nèi)解算時(shí)間較長，有時(shí)甚至無法獲取固定雙差解。這是可適當(dāng)?shù)奶岣吒叨冉刂菇腔騽h除個(gè)別衛(wèi)星。
　　(5)電力供應(yīng)問題需要多塊大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏或偏遠(yuǎn)作業(yè)區(qū)作業(yè)時(shí)要做好充分準(zhǔn)備，必須帶足備用電池、電瓶。
　　6總結(jié)
　　在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，GPS—RTK技術(shù)給測繪工作帶來了革命陛的變化，它改變了傳統(tǒng)的測量模式，它能夠?qū)崟r(shí)完成厘米級(jí)定位精度和在不通視的情況下遠(yuǎn)距離測量坐標(biāo)，它具有需要的測量人員少、速度快、不需要同時(shí)觀測、精度高等特點(diǎn)，能夠極大地提高工作效率。但是它的作業(yè)方式是依賴于有足夠的衛(wèi)星數(shù)、穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈等外界條件，在礦山測量中顯得很突出，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法正常作業(yè)的情況，這就需要不斷完善GPS—RTK技術(shù)，尋求先進(jìn)的作業(yè)方式。隨著CORS參考站的建立，GPRS和CDMA技術(shù)的應(yīng)用，RTK技術(shù)將不斷成熟，必定會(huì)更好的服務(wù)于礦山測量。