gpsrtk GPS―RTK技术在矿山测量中的应用研究 落伍网

姜万腾

[摘 要]本文介绍了GPS的原理与组成，描述了其特点与优势，并阐述了GPS技术与矿山测量之间的关系。结合工程放样与地形测量具体的实用领域，探讨了GPS技术在矿山测量中的实际应用。GPS测量误差的来源，大体包括了卫星部分的星历误差、钟误差，信号传播环节来自于电离层、对流层的影响，以及信号接收过程中钟的误差、位置误差、天线相位中心变化。在矿山测量中，将GPS技术与其他测量工具相配合，有助于减少影响因素对测量的干扰，进一步提高测量的速度与精度。

[关键词]GPS技术；矿山测量；工程放样；地形测量

中图分类号：TM123 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0371-01

1 GPS概述

1.1 原理与组成

GPS全球定位系统最早应用于美国的军事领域，其基础是无线电导航定位系统，能够为用户提供精密的三维坐标、速度和时间。各监测站所获取的观测资料和气象信息，由地面主控站收集之后传送至GPS卫星，经过计算后可进行静态定位。在实际应用中，可以采用线性组合的方式，以载波相位的观测值，作为两点之间的坐标差，即为GPS基线向量。GPS系统的组成，包括了GPS卫星系统、地面监控系统、以及GPS信号接收机。其中，GPS卫星系统负责发送导航定位信号，地面监控系统用于监测每颗卫星的时间，计算出钟差后再发给卫星，最后由GPS信号接收机对信号进行处理，得出相关的三维位置、速度和时间。

1.2 特点与优势

GPS系统的相对定位精度高，在平面位置上的误差不超过1mm。随着软件的不断更新与完善，极大的缩短了观测的时间，完成一次观测往往仅需几秒钟。在进行测量时，只需测站上空开阔即可，而不要求测站之间互相通视，大大节省了造标的费用。采用不同的测量方法，不仅可提供三维坐标，更实现了精确测定。系统自动化程高、操作简便，有效缓解了测量人员的劳动强度与工作紧张程度。适用于全天候作业，且不会受到天气变化的影响，十分有利于野外测量施工的进行[1]。

2 GPS技术与矿山测量

由于GPS技术有着诸多的技术优势与便利，在测量领域中获得了十分广泛的应用，并逐步成为一种重要的常规检测手段。随着社会的发展进步，对于矿山测量技术也提出了更高的要求。不仅要在传统领域内进行巩固与更新，还需要对应用体系与应用模式开展更多的创新，以更好的适应社会发展的需求。GPS技术应用于矿山测量以来，在技术方面逐渐的趋于成熟。通过先进的计算机系统，能够实时获取测量信息，并对其进行有效的分析与处理，由此促进了矿山测量技术的发展。在矿山的勘探、开发与生产过程中，矿山测量技术都发挥着十分重要的作用。同时，通过采集地表及地下资源、空间与环境的信息，不仅有利于更好的进行资源开发，更为环境保护提供了可靠帮助和有效保障[2]。

3 GPS技术在矿山测量中的应用

3.1 工程放样

工程放样也称为施工放样，借助于一定的测量仪器和方法，将设计图纸上工程建筑物的平面位置和高程，测设到实地上去的测量。测图工作的对象是地面上的地形特征点，利用控制点进行测定，然后将其缩绘到图上。相比之下，施工放样存在着很大的不同。结合建筑物的设计尺寸情况，在建筑物各部分特征点与控制点之间，找出彼此位置的几何关系。通过计算得出相关的放样数据，包括距离、高程、坐标、角度等。在此基础上对控制点加以利用，从而在实地上定出建筑物的特征点，并将其作为施工的依据。

传统的工程放样，如境界线、钻孔等，预先设计好的点位，需要在实际地形中一一标出。借助于经纬仪等仪器，实现目标的不断移动，由此确保工程放养的效果。在放样的过程中，经常会遇到一些阻碍和困难。如放样距离较远时，通常会架设支测点，由此会使测量产生累计误差，导致测量的准确度降低。而GPS技术的应用，尽管增大了外业的工作量，但操作却更加方便、准确，能够直观的观测放样的位置。GPS技术点放样，包括了基站的架设、建立新工程、输入放样点、测量校正、以及放样点的选择等。放样完毕后，还需要对放样点的精度进行检验分析，大大提高了测量的精度和质量[3]。

3.2 地形测量

地形测量工作繁重而复杂，且对精度有着较高的要求，，进行地形测量的目的，是为了给矿山生产、各种工程的施工、以及城市建设提供所需的地形图，以确保生产和生活的安全与精确。矿山测量中的传统方法，控制点的建立通常是在被测范围之内进行的，然后在控制点上架设经纬仪等测量仪器。依赖于电子手薄与全站仪等设备，依然需要通过零碎的部点来达成通视，以确保测量工作的完成。拼图工作是在测量完成后进行的，而现场测量的精度又容易受到多种因素的影响，当拼图与测量出现偏差时，不得不重新进行测量。

GPS地形测量技术，通过载波相位的转变，能够在空间、地面与用户之间实现通信与动态地位，以及卫星的工作状态与位置的调整，达到控制和协调监控站的目的。来自于GPS软件的数据经系统处理录入后，可实现对地形点、界址点、地物点坐标的快速界定，并分析计算所需的地形勘測。在地形测量中应用GPS技术，极大的提高了现场操作的便利性。对于大部分地形情况，仅需架设一个监测站，便可以覆盖方圆十公里以内的测量范围，大大提高了工作的效率，为测量工作节约了大量的人力物力。同时，GPS技术的测量误差很小，其精度可以达到厘米的测量级，更适用于复杂的地形情况[4]。

4 GPS测量误差分析

GPS的测量结果存在着一定的误差，来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程、以及地面接收设备。对于精度较高的GPS测量情况，还会受到其他因素的影响，如地球潮汐、负荷潮、相对论效应等。

4.1 卫星部分

在GPS测量的过程中，来自于卫星部分的误差，主要包括了星历误差与钟误差。卫星在空间的实际位置，与由星历所给出的位置之间，存在着一定的误差，称之为星历误差。在一个观测时间段内，可以将其视为系统误差特性，属于一种起算数据误差。不仅会影响单点定位的精度，同时还是精密相对定位中的重要误差源。而钟误差产生的原因较多，既可能是由钟差、频偏、频漂等引起，也包含了钟的随机误差[5]。

4.2 信号传播

信号传播引起的误差，主要来源于电离层、对流层的影。电离层距离地面的高度为50～1000km，在强烈的辐射作用下，所包含的气体分子会电离形成正离子和自由电子。当GPS信号通过时，会对传播路径、传播速度产生影响，进而导致测量距离的误差。对流层距离地面的高度不超过40km，有着更高的大气密度与更复杂的大气状态。由于地面的辐射热能而发生温度变化，对所通过的GPS信号路径产生影响，并导致测量距离出现偏差。

4.3 信号接收

信号接收的误差来源，包括了钟的误差、位置误差、以及天线相位中心变化。在理论上，对测站标石的中心位置，与信号接收装置的相位中心，应当是保持一致的。而在实际情况中，两者之间存在着一定的误差，且信号强度和方向的变化，会引起天线的相位中心发生变化。由此，对GPS测量的结果产生影响，偏差的精度可达数毫米至数厘米。

5 分析与讨论

GPS系统有着高精度、高效率、多功能、全天候等技术优势，且具有操作简便、应用广泛等特点，深受广大用户的欢迎。在矿山测量中，GPS技术固然发挥了十分明显的优势，但同时也会受到一些因素的影响，导致测量结果存在着一定的缺陷。但在严格控制操作过程的前提下，现有的GPS技术是能够满足矿山地表变形分析需要的。在矿山测量的过程中，可以考虑将GPS技术与其他测量工具相配合，以提高测量的速度与精度，进而更好的发挥GPS技术在矿山测量中的优势。

参考文献

[1] 巴哈斯.GPS技术在矿山测量中的应用[J].新疆有色金属.2011（04）.

[2] 陈庆华.GPS技术在露天矿山测量的应用探讨[J].科技展望.2016（08）.

[3] 赵爱民.浅析测绘新技术在矿山测量中的应用[J].职业时空.2014（03）.

[4] 李东印.论GPSRTK技术在矿山测量中的应用[J].现代装饰.2012（12）.

[5] 张杰.论数字化技术在矿山测量中的应用[J].能源与节能.2015（01）.