浅谈GPS(RTK)技术在矿山测量中的应用
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摘要：gps全球定位系统 ( Global Positioning System)在矿山工程测量中的应用 ,在近些年得到了迅速推广 ,这主要依赖于 GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、 三维速度和时间信息等技术参数。
关键词: GPS定位系统;矿山工程;控制测量
中图分类号：P228文献标识码： A
矿山工程的测量主要应用了 GPS的两大功能 :静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息 ,确定地面某点的三维坐标;动态功能是通过卫星系统 ,将地面点的三维坐标实时的施测并记录出来 ,也可把已知的三维坐标点位 ,实地放样于地面上。
1GPS测量的技术特点
(1) 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点 ,使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔 ,以使接收 GPS卫星信号不受干扰。
(2) 定位精度高。一般双频 GPS接收机基线解精度为 5 mm +1 ppm,而红外仪标称精度为 5 mm+5 ppm, GPS测量精度与红外仪相当 ,但随着距离的增长 , GPS测量优越性愈加突出。
(3) 观测时间短。 观测时间短采用 GPS布设控制网时 ,每个测站上的观测时间一般在 30～40 min左右 ,采用快速静态定位方法 ,观测时间更短 ,特别是 rtk技术的成熟 ,使测量时间大大缩短。如使用南方 S - 82接收机的 RTK法可在 1 s以内求得测点坐标。
(4) 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时 ,可以精确测定观测站的大地高程。
(5) 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前 GPS接收机已趋小型化和操作简单化 ,控制测量时观测人员只需将天线对中、 整平 ,量取天线高打开电源即可进行自动观测 ,而其它观测工作如卫星的捕获 ,跟踪观测等均由仪器自动完成 ,利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而RTK测量则更为方便 ,校正可实现参考站已知或未知 ,只需参考站开机 ,移动站可自动搜索参考站电台信号 ,所有工作即可在移动站上通过手薄控制器轻松实现校正、 采点、 放样及其它专用功能。
(6) 全天候作业。GPS观测可在任何地点 ,任何时间连续地进行 ,一般不受天气状况的影响。
2GPS系统在实际测量工作中的应用
2. 1 矿区控制网的建立
常规控制测量要求控制点之间相互通视，作业工序复杂，而且精度不均匀，外业中也不知道测量成果的精度。而用GPS-RTK技术进行控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，这样可以大大提高作业效率。在精度方面，GPS-RTK的精度完全满足矿区控制网的要求。
2. 1.1 GPS网的图形设计
常规测量中控制图形设计是一项非常重要的工作，而在GPS图形设计时，因GPS同步观测不要求通视，所以图形设计具有很大的灵活性，但还应注意以下几点:
(1)GPS网的点与点间尽管不要求通视，但要考虑到利用常规测量加密时的需求，每点应有一个以上通视方向。
(2)GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附合路线。
网形包括：点连式、边连式、网连式、边点混合连接、多边形连接等。
点连式图形
边连式图形
边点混合连接图形
2. 2 碎部测量
RTK实时测量以其高精度、 高效率、 宽广的应用范围极受业界的亲睐 ,得到了空前的关注。结合目前 GPS定位在民用的技术水平 ,如何将上述优势淋漓尽致的体现出来 ,其中一个重要的技术环节就是正确、 实时地求取地方坐标转换参数。
众所周知 , GPS定位提供的 WGS84大地坐标在大多数工程应用中没有太大意义。实际需要将 GPS观测的 84坐标转换为国家平面坐标 (如 BJ54)或者工程施工坐标。对于 WGS84到 BJ54的转换 ,可以采用高斯投影的方法 ,这时需要确定 WGS84 与BJ54两个大地测量基准之间的转换参数 (三参数或七参数 ) ,需要定义三维空间直角坐标轴的偏移量和 (或 )旋转角度并确定尺度差。但通常情况下 ,对于一定区域内的工程测量应用 ,往往利用以往的控制点成果求取“ 区域性 ” 的地方转换参数。其前提条件是:
(1) 控制点的数量应足够。一般来讲 ,平面控制至少 3个 ,高程控制应根据地形地貌条件 ,数量要求会更多 (如 4个或以上 ) ,以确保拟合精度要求。
(2) 控制点的控制范围和分布的合理性。控制范围应以能够覆盖整个工区为原则 ,一般情况下 ,相邻控制点之间的距离在 3～5 km,所谓分布的合理性主要是指控制点分布的均匀性 ,当然控制点是越多越好。
(3) 控制点之间应具备相互位置关系精确的WGS84大地坐标 BLH和地方坐标 XYZ,以确保转换关系的正确性。
事实上 ,具体的测量工作遇到的情况可能有以下几种:
(1) 宽广的测区只有有限等级控制点的地方坐标 XYZ。在这种情况下 ,要根据实地情况做加密的控制测量 ,将静态数据进行整体网统一平差 ,给出相对精度准确的 WGS84坐标和地方坐标。
(2) 测区已经有足够控制点的 WGS84坐标和地方坐标 ,并且有精确的相对位置关系。
(3) 测区只有足够控制点的地方坐标 ,相对位置关系精确 ,但没有 WGS84坐标。在这种情况下 , 我们可以利用 RTK测量方法 ,以基准站为起算位置(这个起算位置的坐标由 GPS接收机观测确定 ,是一个精度有限的大地坐标 ,但它不影响 RTK观测的相对位置关系 ) ,确定各控制点之间相对精确的位置关系 ,并实时测定 WGS84大地坐标。该方法具体实施时可能会遇到难处 ,比如控制点的距离太远 ,而RTK的作用距离有限。
上面 3种情况中 ,不管是那一种情况 ,控制点的地方坐标必须是相对准确的 ,同时控制点的大地坐标也应该是相对准确的。不管测量工作遇到的是哪种情况 ,区域性的地方转换参数 ,总可以利用点校正来求取。点校正的方法在实践中是可靠的。点校正必须知道每个控制点的 WGS84坐标和地方坐标。点校正的广泛应用 ,在于它有以下几个显著的特点 :
(1) 点校正可以为 RTK测量提高平面精度;
(2) 点校正可以检验控制点的平面相对精度和高程相对精度;
(3) 足够的点参与点校正 , RTK就可以进行高程测量;
(4) 点校正可以求取区域地方坐标转换参数。
利用已知点 ,通过静态测量的方法求出矿区坐标系统的转换参数 (WGS84世界坐标系转为 1954年北京坐标系 ) ,即七参数。参考站架设在交通方便、 视野开阔的地方 ,通过校正 ,测得其它已知点的三维坐标 ,完全满足矿区测量的技术要求。也可以通过点校正的方法依次对已知点进行 RTK观测 ,快速求出坐标系转换参数。校正之后 ,可采用两台流动站同时进行碎部测量 ,实时输入点位附加信息 (点号及编码 ) ,通过手薄控制器直接存储 ,工作完毕可将点位所有信息一次传输至电脑。
从以上实例可知 , RTK测量可以用于工程的控制测量及碎部测量是非常有效的新技术。利用 GPS测量能大大提高作业的效率 ,减轻劳动强度 ,保证了矿山测设质量。
3 结论
通过以上对 GPS测量的应用事例的探讨 ,可以看出 , GPS在矿山工程的控制测量及碎部测量上具有很大的发展前景。
参考文献
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