RTK技术在矿山测量中的应用研究
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【摘 要】rtk（Real time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
【关键词】实时动态差分法；工作原理；测量
RTK技术为井上大面积地形图测量、尾矿库变形监测、工程施工放样等工作带来了极大的便利。
1 RTK技术构成
RTK测量系统主要由GPS接收设备、数据传输系统和软件系统构成。1）GPS接收设备在基准站和用户站上，分别设置双频GPS接收机。由于双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确地解算整周未知数。当基准站为多用户服务时，其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。2）数据传输设备。数据传输设备也称数据链，由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成，其频率和功率的选择主要取决于用户站与基准站的距离、环境质量、数据的传输速度。3）软件系统。支持实时动态测量的软件系统的质量和功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。这种软件系统突出的功能是能够快速解算整周未知数，能选择快速静态、准动态、和实时动态等作业模式，实时完成对解算结果的质量分析和评价。
2 RTK技术特点
1）传统测量技术稳定性差，外业容易受到地形、气候、季节等诸多因素的影响，使测量精度、作业速度都受到很大限制，尤其在能见度低，通视条件差的情况下，有些测量作业甚至无法进行。而GPS-RTK技术不受季节、气候和成像等的影响，可全天候进行野外测量工作；两点之间不要求满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”。因此，和传统的测量方法相比较，RTK技术受通视、能见度等因素的影响和限制较小，在传统测量不易进行的复杂地区，只要能满足RTK测量的基本条件，它都能够轻松地进行快速的测量和放样。
2）测量定位精度高，数据安全可靠，测站间无需通视，误差相互独立、不积累、不传递。在没有已知基准点或基准点被破坏而造成的控制点不足的地区和由于地形复杂、地物障碍而造成的通视困难地区能快速的、高精度定位。只要能满足RTK测量的基本要求，在规定的作业半径范围内，RTK测量的精度能达到厘米级。传统的作业方法在进行测量和放样时需要逐级进行设站，造成误差传递、累积，采用RTK进行测量，由于精度比较均匀，因此其误差相互独立，不会积累也不存在传递。
3）综合测绘能力强，集成化、自动化程度高、数据处理能力强，易实现自动化。基准站能够为不同用户提供多项信息输出，流动站利用内置软件控制系统，在作业时，无需人工干预便可进行整周未知数的动态初始化解算，使辅助测量工作极大减少，作业精度也自动控制和记录，从而使自动化作业指挥系统的建立成为可能。由于RTK系统内集成了强大的测量和放样功能，工作十分方便，观测过程中卫星数，PDOP（点位精度衰减因子）值，模糊值固定状况，点位精度情况等均可在手簿上显示出来，一目了然；测量坐标、高程等随时可以调出来使用；数据输入、存储、处理、转换和输出能力强、能方便地与计算机连接和通讯。此外，手簿内还集成了一些测量小工具，使用起来较为方便。
4）携带方便，操作简单，对作业条件要求不高，数据传输、处理、存储能力强，与计算机、全站仪等测量仪器通信方便。
5）作业人员少，节约人力，定位速度快，缩短周期，工作效率高，综合效益高。RTK流动站测量工作，大多数情况下只需要一人进行操作，而且几秒钟即可完成一个点的测量工作，作业速度快，大大节省了工作时间和生产费用，提高工作效率。
3 RTK工作原理
RTK其组成将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置精密GPS定位均采用相对技术。无论是在几点间进行同步观测的后处理（RTK），还是从基准站将改正值传输给流动站（DGPS），这些都称为相对技术，以采用值的类型为依据可分为4类：
（1）实时差分GPS，其精度为1m～3m；
（2）广域实时差分GPS，其精度为1m～2m；
（3）精密时差分GPS，其精度为1cm～5cm；
（4）实时精密时差分GPS，其精度为1cm～3cm。
差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类。前两类定位误差的相关性，会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低。故RTK采用第三类方法。
4.1 大面积地形图的测量
可完善坑内外对照图，及时了解周边区域地形因素，采用RTK技术（广域实时差分GPS）对周围做了大面积地形测图工作，其中包含各土地使用类型及区域分割、区域道路分布、区域电力通讯设施、区域建筑物、村界分割区划等。
4.2 工程施工放样
为改善深部通风环境，新建一条主回风井，其设计位置确定后由运营管理部与项目部合作完成其现场实地放样工作。鉴于其周边没有布设控制点，决定采用RTK技术进行施工放样。首先将设计区域边界点的坐标信息输入到RTK工作手簿中进行现场放样，放样结束后再经过精确测量其实际面积为9.98亩未超出征地上限面积（10亩），且最大化的提高征地区域。经现场测算、上图比对研究发现其井筒中心位置可以适当西移以减少井下通风巷道施工量，最终按照现场位置与设计位置敲定了我矿主回风井地面位置，此项改动仅在-630中段便可减少通风巷道40余米，总体工程可节约建设成本100余万元。
项目实施情况总结：
1）RTK减少了设站次数与所需控制点数量，作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和设置仪器的“搬站”次数。
2）RTK仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。
3）RTK定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
4）降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂，地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的测量。
5 总结
RTK技术以其定位精度高且均匀、观测时间短、可实时提供三维坐标、操作简便、可以全天候作业等特点，在测量工作中大大提高了工作效率，减轻了劳动强度，越来越受到人们的青睐。运用GPS RTK技术测量得到的三维坐标数据形成了相应的电子文件，这些数据便于保存并且能够方便建立工程管理数据库攻其他工便于保存和进行数据分析。