GPS、RTK 技术与全站仪联合测图在矿山测量中的应用与分析

时间：2024-10-19

周庆

在矿山的测量中时常应用到GPS、RTK 技术，GPS、RTK 技术是矿山的测量技术中专业性比较强的。通过收集的矿山地理信息建立地质信息的分析架构，在显示器中以图像的方式将地质数据展现出来。方便工作人员对地质情况进行了解，尤其对矿产资源勘查，十分有效。GPS 技术在建筑行业中应用的最广泛，在矿山的测量的历史应用时间较短。GPS 技术可以实现数据信息管理和空间的立体转换。GPS 技术与RTK 技术联合还可以提升矿山测量测图的精度，与RTK 系统进行数据交换。RTK 技术可以进行实时的地质情况展示，因此RTK 技术又被称为地质情况实时分析技术，RTK 技术是GPS 技术的升级版，主要应用于矿山测量点的确认，在测量的过程中可以满足矿山数据收集的需求，RTK 技术有助于矿山测绘的定位和坐标，观测点的坐标的定位快速、准确。还可以通过观测点定位计算两个观测点之间的距离，从而实现矿山数据的确认。而全站仪联合测图技术的主要设备为全站仪免棱镜，在矿山的测量中，该设备可以实现精确测量，传统中的矿山测量值使用上述技术中的一种方式，本文将三种技术结合在一起，应用在矿山测量中，提升矿山测量的效率，矿山测量是矿山建设的基础，是保证矿山安全生产的重要基础工作。矿山的发展、建设都离不开矿山测量工作，工作质量也影响矿山安全生产的质量，在新时代的矿山生产中，矿山测量为可持续发展做出贡献。

1 GPS、RTK技术与全站仪联合测图在放样中的应用

GPS 技术与RTK 技术的结合使矿山测量放样变得更加简单，简化了矿山测量的步骤。矿山的地质构造往往不同，大部分矿山尤其是金属矿山的地质环境都比较复杂，因此在进行矿山测量的时候，GPS 技术与RTK 技术的结合可以弥补GPS 技术在地质复杂的地方灵活度低的缺点，且RTK 技术的设备耗电量大，在野外无法长时间使用，二者的结合解决了RTK 技术难以适应野外的缺陷。全站仪联合测图近距离监测，可以保障测量数据的准确性。三种技术的结合是矿山测量技术彼此的延伸，结合后的测量方式对环境的适应力更强。在矿山的测图放样中，RTK 技术的应用十分广泛。基于不同的测绘条件，首先进行测量方案的制定，并将三种技术都融入到观测方案当中，使观测方案变得更加合理。采用GPS 定位的方法建立工程控制网，具有点位选择限制少，作业时间短，成果精度高，所用费用低等优点。应用GPS 技术建立控制网，通常采用载波相位静态差分技术，以保证达到毫米级精度。GPS 技术确定放样的控制点，全站仪联合测图可以确保放样工作达到矿山测量的精确度，在放样点的布置数量上，要根据矿山的面积决定，保证单位面积中具有3 个以上的放样点，放样点的参考站的结构如图1 所示。

放样参考站的建设目的是为了给放样地点进行精准的定位，因此在放样期间需要保证基站24h 全天候工作，在GPS 进行观测的时候进行不间断工作。在基站的建设过程中，应将参考站建设在距离测量中心200m 之内的位置，在进行矿区测量的时候，参考站的信号范围可以覆盖整个需要测量的地方。由于参考站的结构复杂性，在进行参考站建设的时候应选择在地基稳定的地方进行建设，矿区中有很多地区随着开采项目的推进可能出现不稳固的现象，因此在建设之前一定要考察其中的稳定性。尤其是室外设备的建设一定要在土体稳定的地方。参考站在进行放样的时候需要一定的空间进行布线，因此参考站外应有一片面积相当的空地，以便能够通过网络数据通信将参考站中的数据传输出去。如图1 所示，在参考站需要固定的电源作为整个参考站的供电系统。为整个矿山测量的设备进行供电。电池柜的电池应具备提供可靠的电源供应的作用。设备维护人员需要进场对基站中的设备进行维护，参考站也不能建设在交通不便利的地方。

以矿上的最大影响范围为放样点计算依据，线放样和点放样两种方式是现代化矿山放样常用的两种方式，线放样因其测量的准确度高而被广泛的应用在矿山的放样中，而点放样的应用则更适用于尾矿。RTK 技术的自动化程度比GPS 技术的自动化程度高，因此在放样坐标上确实是利用RTK 技术进行确认。在测量系统中输入放样点，自动进行坐标匹配。全站仪在现场进行信号接收，并按照信号中的放样位置进行流动放样，全站仪的定位十分精确，可以降低偏差，三种技术结合的方式可以提升矿山放样的技术水平。

2 GPS、RTK技术与全站仪联合测图计算中的应用

矿山测量工作在露天矿产的开采中比其他种类的矿山要简单，但在进行放样之后，对矿山土石方的数量的计算就变成了难点，联合测图计算中对矿山土方量的计算可以作为预测矿山产量的依据，直接影响矿山开采的经济效益，因此，在进行矿山土方量的计算的时候要提升计算的精度，利用RTK 技术提升矿山测量针对露天矿山计算中，土石方量估算的精度。单独使用GPS定位技术还需要借助计算软件进行估算，计算结果准确性难以保证，露天矿山土石方量的测绘中加入RTK 技术就可以将两个步骤合二为一，使测绘的步骤得到简化。GPS、RTK 技术相结合下测图时进行参数计算，实质是在计算坐标系的转换参数，所以其目的在于坐标系的转换。因GPS 直接测定的是接收机在WGS-84 坐标系下的绝对坐标，

GPS 技术在进行坐标定位的时候，需要控制定位的距离来减少定位的误差，但与RTK 技术进行结合之后系统在定位过程中距离的可移动限度被打破了，测量距离的定义是卫星天线相位与信号接收机之间的距离。定位精度需要通过实现保证天线的相位中心在准确的位置来实现，但相位中心是会随着信号的方向不断的变化的，因此在实际应用过程，要保证信号传输方向一致，且没有太大的强弱差。控制好信号的强弱差就能减少偏差引起定位误差，在进行测量过程中为了降低天线中相位中心变化，应保证系统定位时天线在几何中心。指针指向北偏在角度允许的误差范围内。我们通常要用到的是国家54 坐标或者工程独立坐标，所以必须进行坐标系的转换。利用GPS、RTK 与全站仪联合测图计算时，通过点校正计算到的坐标系转换参数适用于当地工作，一般能达到厘米级的精度。而多种技术联合测图结合可以提升土方量计算的速度，而全站仪联合测图技术又提升了数据采集速度，全站仪的图片如图2 所示。

图2 全站仪

图3 矿山测量数据中心处理流程

在露天矿区土石方量测绘过程中应用RTK 技术与全站仪联合测图技术，对数据样本的要求也减少，只需采集一次数据样本，接下来的数据会随着实际采剥方量产生变化，随着开采数据的变化而变化。地形变化之后，RTK 技术可以实时收集地质变化信息，保证数据的准确性。

3 基于GPS、RTK技术建设矿山测量数据中心

矿山测量数据中心对于现代化的矿山测量技术来说是非常重要的部分，数据处理是数据时代的矿山测量优化升级的一部分。矿山测量数据中心的只要作用是完成对测量数据的计算和处理，并将历年的数据存储起来。数据处理中心通常建设在远离矿山的室内，为了方便与矿山的信号的互通，采用ADSL 的方式将GPS、RTK 技术采集到的数据进行传输。矿山中参考站采集的数据通过信号传输实现与数据中心的数据连接。该数据中心为了保证可以连续不断的接收信号，并及时的进行数据的储存，ADSL 系统的运转需要具有可靠连续性。数据中心进行数据处理需要采用两台计算机，计算机上安装上GPSNet 软件放置在不同的地方。这是为了保障数据中心的工作不会因为工作过程中出现故障导致停止。在数据处理的过程中一台计算机出现故障，另一台计算机立刻完成数据处理工作，给予技术人员修理故障的原因。矿山测量数据中心需要一台用来接收GPS 信息的计算机，该计算机专门用于数据分发和确认数据采集的要求，矿山测量数据中心的工作流程如下图所示。

通常需要测量的矿山的山体都很多，因此在进行测量的时候需要改变角度和增减测量的高度，数据采集的点的数量也应该随着高程测量的变化点进行变化。可以利用全站仪满足三角高程测量的要求，对多山体的矿山实现全方位的测量。通过测量偏差的实验可以发现，全站仪搭配GPS、RTK 技术可以在矿山测量中实现数据坐标差值在误差的合理范围内，实现数据采集的高定位精度。数据的采集误差还包括观测的误差，观测误差中最容易出现的就是对中误差，全站仪在进行测量的时候利用的是天线接收信号。中误差主要是由于天线发生倾斜产生的，在数据中心的数据分析中可以看出中天线的高度超过1.5m 的时候就会开始产生误差，影响数据采集的正确性，因此为了保证数据中的数据准确性，全站仪的天线杆高应小于1m。

4 测试实验

为了验证本文设计的三种技术结合的测量方法的实用性，设计对比实验，对比本文设计的测量方法与传统的RTK 矿山测量法、CORS 系统矿山测量法相比哪种方式测量出的更精确。

4.1 实验准备

进行测试实验之前首先要对动态测量的数据采集设备进行选择，根据矿山的实际情况采用Trimble3356 数据采集设备进行动态测量的数据采集。设置的采集方式为连续采集，数据记录模式为实时记录。对矿山地区的数据采集间隔为2s，保证电量充足和设备运行的稳定性，对矿山进行测量。

4.2 实验结果与分析

使用上述三种技术结合的方式以及传统方法对矿山进行测量，通过计算得出三种方法的测量精度偏差如表1 所示。

表1 实验结果

实验结果如表1 所示，与其他两种传统的测绘方法相比，本文设计的方法的测量平均误差等都比两种传统的测绘方法小，说明本文设计的方法的测量精度更高。通过表格中的数据分析，本文设计的方法满足观测数据的合理误差，且全站仪联合测图技术的应用提升了测量的精度。GPS 技术和RTK 技术的结合降低了卫星对测量精度的影响，本文设计的方法具有优越性。