RTK在矿山地质测绘中的应用

随着社会的发展与进步，我们越来越重视矿山地质测绘，矿山地质测绘对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍RTK在矿山地质测绘中的应用的有关内容。

在传统的矿山地质测绘中， 首先必须按照逐级或越级布设的原则，布设三角网或导线网，作为首级控制，然后布设图根附合导线或图根导线网，逐站架设全站仪，采集地形点数据，内业编辑成图。 这种方法不仅费时费力、效率不高，而且受地形条件限制较大，在地形复杂的山区作业时，需要经常架设支站，更是极大地增加了劳动强度，延长了作业时间。而矿山一般都位于高山上，地形复杂，沟梁密集，传统的矿山测绘方法更显得效率低下。 现在，GPS测量技术已被绝大多数测量单位所采用。在矿区地质测绘中，采用GPS静态测量技术施测首级控制， 采用实时动态测量技术(Real Time Kinematic,简称RTK)施测图根点和地形点，无线电干扰源少，精度高，速度快，不受通视条件限制，作业人员劳动强度降低，效率大大提高，可取得事半功倍的效果。

一、RTK技术概述及其原理

实时动态(RTK)测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。众所周知，GPS测量工作的模式有多种，如静态、快速静态、准动态和动态相对定位等。但是，利用这些测量模式，如果不与数据传输系统相结合，其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。

RTK(Real Time Kinematic)测量技术又称载波相位差分技术，是以WGS-84坐标为基础的全球通用的一种动态测量技术，实时处理基准站、流动站两个测站载波相位观测值的差分方法。它又可分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给流动站，改正流动站所接收到的载波相位，进而解求坐标，也称准RTK;差分法是将基准站采集到的载波相位发送给流动站，进行求差解算坐标，即真正的RTK。

RTK的关键技术在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位要求基准站接收机观测到的载波相位观测值及基准站坐标等通过数据通信链实时传送给流动站接收机，流动站不仅仅通过数据链接收来自基准站各项数据，而且还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，求得高精度的定位结果。

地质测绘是在1954年北京坐标系或本地坐标系上进行的，因此，要快速完成测量工作，就必须实时进行坐标转换。坐标转换可采用至少三个以上同时拥有WGS-84地心坐标和1954年北京坐标或本地坐标的已知点，按Bursa模型解求七个转换参数。其数学模型为：

式中X0，Y0，Z0是两个坐标系统的平移参数，εx，εy，εz是两个坐标系统的旋转参数，δ是两个坐标系统的尺度比。在不考虑七参数中尺度比和旋转参数时，可以现场求定三个平移参数，即令δμ =1，εx，εy，εz均为0即可。其简化公式为：

即仅求出3个平移参数。仍可以满足一定精度要求的转换参数。

二、RTK在矿山地质测绘中的应用

我国A矿区位于某县城东约20km处。 测区东西长约2km，南北宽约1.8km，测区中心地理位置为东经102°45′、 北纬35°13′， 最高处海拔3500m，最低处海拔2 700m，平均海拔3 100m，最高处与最低处高程相差800m。 测区内沟壑纵横，地形陡峭、复杂，行走困难，植被主要为草地和低矮灌木，部分地方为松树林。 在沟口处，有少量居民地。

2.1 首级控制

首先在测区内布设了5个D级GPS点，与3个高级点分别组成4个四边形。 分别在每个四边形的4个点位上架设徕卡ATX1230双频GPS接收机， 将其接收模式调整为静态后开机观测，每次观测两个时段，每个观测时段为60分钟。仪器设置参数为：卫星截止高度角为15度， 采样间隔为10秒， 卫星数大于5.0，PDOP值小于5.0。 线向量的解算采用随机软件在微机上进行。网平差使用随机平差软件在微机上进行，按无约束平差和约束平差分别计算， 精度达到规范要求。

2.2基准站设置

架设要求：

(1)基准站上空视野开阔，让基准站尽可能跟踪和观测到所有视野中的卫星， 基准站天线高度角在5°～15°内，且无成片障碍物。

(2)基准站周围约200m范围内无强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。

(3)基准站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如大面积水域、高大建筑物等。

(4)基准站应选择在地势较高，开阔且交通便利的地方，以确保差分信号传输质量，方便搬运、架设。

系统设置：

在任意选定的点位上，架设好仪器，用手簿启动基准站接收机，设置基准站各项配置参数，如测量类型、卫星高度角、天线类型、无线电类型、频率等。 如果采用国家坐标系统，也可以直接架设在已知点上。

2.3 流动站设置

1个流动站只须1名作业人员通过手簿进行测量操作。连接好流动站接收机、天线、测杆后，用手簿开启接收机，先进行配置，使其与基站无线电连接，输入流动站天线高。

2.4 图根点及地形点施测

采用RTK 技术施测时， 本来无需作图根控制，但考虑到在以后的矿山测量工作中， 需用全站仪采用常规测量方法进行测量， 所以根据以后的工作需要， 在视野开阔、 通视良好的地方施测了部分图根点。 施测图根点和施测地形点同步进行， 以提高效率。

2.5精度分析

在采集完所有数据后， 用徕卡TC802全站仪检测了12个图根点， 点位误差最大为2.6cm, 最小为0.3cm，中误差为2.01cm，高程误差最大为3.4cm,最小为0.7cm，中误差为2.44cm。 由此可知，RTK测量的成果可靠，精度较高，完全能满足要求。

2.6作业中要注意的问题

(1)在V型山谷底部 、树木茂盛的地方 ，流动站接收到的卫星信号和基站发出的差分信号较弱，容易失锁，点位精度较差，此时可采用移动基准站到较近、开阔的地方，以增强信号，提高测量精度。

(2)一天中个别时段(一般为中午12点-14点之间)，初始化时间较长，须耐心等待。

三、RTK测绘技术的优势分析

RTK测量与传统测量方法相比，具有以下特点：

(1)测站之间无须通视，选点更加灵活方便，大大减少了搬站次数，提高了劳动效率。本次测量三位作业人员仅用1周时间就完成了全部外业测量工作，如果采用常规方法， 最低需要10位作业人员，20～30天才能完成。

(2)定位精度高，精度达到厘米级，测点间相互独立，误差不积累、不传递。

(3)观测时间短，速度快，效率高。 正常情况下，流动站上每个点的观测时间只需5秒左右。

(4)能够直接提供三维坐标以及精度情况，明显直观。尤其是在测图范围由坐标线确定的时候，能随时知道测量点位离边界的距离， 方便地指示前进的方向，极为方便

(5)测量的自动化程度高，操作简便，大大节约了人力物力，降低了劳动强度。

(6)全天候作业，基本不受天气影响，大雾或小雨天气亦可作业。

根据作业中的问题，为了保证RTK测量的精度、速度和可靠性，在RTK测量中，要注意以下几点：

①作业前首先要了解作业区域的地理环境，并作星历预报。 在受卫星情况和电台无线电传输制约的地方，应采用常规方法进行测量。

②基准站的点位必须严格按规范要求选定，以保证观测卫星的图形强度和数据链传输。 观测的卫星越多，分布越均匀，则PDOP值越小，RTK的精度和可靠性越高。

③观测成果要进行复核， 作业过程中加强已知点的检测，防止粗差出现。

结束语

虽然RTK有着很多的优点，但其在地质测量中的应用还是有一定的限制。地质测绘主要是在山区，在进行测量时，注意事项是基准站选择要在比较中心、位置空旷开阔的至高点上，且周围无磁场的影响，这样流动站接收的信号好。并把观测成果与首级控制成果进行整体平差，这样动态观测经平差后的精度就较高。

RTK测量技术的应用使得地质测绘的精度、作业效率和实时性达到最佳的融合，极大地推进了地质测量技术的发展，使地质测量手段实现自动化或半自动化，有力地促进地质测量的精确度和测量速度。相信随着数据传输能力的增强、数据的稳健性、抗干扰性水平和软件水平的提高，RTK技术将在地质测量和其他领域得到更广阔的应用。