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摘要 ：随着我国经济的飞速发展，矿山开采力度加大，做好 矿山测量工作可以为矿山开采工作的安全可靠提供精准有效的 参考决策依据。随着科学技术的不断创新发展，不少新型矿山 测量技术被应用，其中 GPS-RTK 技术作为一种精确度很高的新 型测量技术，目前被广泛应用于矿山测量中。本文通过对 GPS- RTK 技术主要原理和相关优势特征进行论述，对 GPS-RTK 技术 在矿山测量中的运用进行分析， 并指出运用中所需注意之处， 以 便提高 GPS-RTK 技术在矿山测量中的运用效率。
关键词 ：GPS-RTK 技术,矿山测量,控制网,运用,解决措施
为了更好的为矿山开采工作提供更精准有效的参考数据， 使领导层对矿山安全生产作出科学决策，针对矿山开采过程中 所需要面对的山丘、盆地以及其他地质特征、地形面貌特殊复杂 多变的地质情况的事实，相关部门和技术人员需要采取有效的 测量技术做好矿山测量工作，如矿区地面控制网和地形图测绘、 矿山施工测量等。传统矿山测量方法和技术由于受限制条件多、 技术不先进等因素容易存在较大误差、工作效率低， 已难以与目 前社会发展形势的需求相符。但是 GPS-RTK技术属于一类高精 度、新型测量技术， 在矿山测量中有着非常宽广的应用空间与发 展前景。
1 GPS-RTK技术工作原理分析
RTK(Realtime Kinematic) 是北斗 GPS 系统在日益完善发展 中衍生出来的一种新型测量技术，也叫实时动态差分法观测技 术，是基于载波相位观测值的一种可以在户外动态获取厘米级 定位精度的测量技术。其 GPS-RTK技术的工作原理在于将 GPS- RTK接收机独立设置于基准站与流动站中，其中基准站利用数 据链来把大量初始数据，包括测站坐标信息、观测值等传输至 流动站， 流动站除了能够对该类数据进行接收， 还能够实现 GPS 观测数据的收集，同时于系统当中形成差分观测值予以动态处 置，并且得到较为精准的定位数据， 而这一系列工作的完成用时 不超过一秒。相较于静态 GPS 技术来说，GPS-RTK技术具有的 数据传输系统、实时测量软件系统以及 GPS 接收设备等对 GPS 测量技术的时效性功能进行了全面提升，大大改变了传统人工 加信息处理系统混合测量模式的局限性， 更快、更及时地处置传 送所得的 GPS 信号，同时能够对测量控制数据、地形测绘以及 工程放样完成等实现了数据测算自动化， 不仅在时间成本、劳动 力成本上大大节约， 而且精准度大为提高， 使测量工作效率得到 了极大的提高。
2 GPS-RTK技术设备分析
2.1 GPS 接收设备
GPS-RTK技术得以实施的关键是 GPS 接收设备，目前观测 基准站都是多个用户为主， 因此为了更好的解算整周未知数， 技 术人员一般采用双频观测值技术，也就用到双频 GPS 接收机。 双频 GPS 接收机的采用频率与用户接收机的最高采样率是保持 一致的， 所以才能确保数据采集的全面和完整。
2.2 实时测量软件系统
由于 GPS-RTK技术是实时动态差分法观测技术，因此需要 具有支持动态测量性质和功能、分析动态数据能力的软件系统， 以此来为动态测量过程提供软件设备保障。实时测量软件系统 对于测量结果的精准性和有效性决定了它的最终运行水平。
2.3 数据传输系统
数据传输系统是链接观测基准站和用户站之间的纽带，负 责传输内部结构中基准站的无线电发射电台和用户设备的接收 机之间的数据。通常来说是根据基准站间距以及所处地质环境 以及自然条件等应收来确定数据传输系统实际采用光电数据发 送功率以及频率。
3 GPS-RTK技术在矿山测量中的优势
3.1 系统可操作性强
与传统测量技术相比，GPS-RTK技术能够通过强大的内装 操作软件系统来通过实时差分处理并在瞬间完成测量数据的测 算，避免了人工操作中所带来的效率低、出错率高的技术弊端。 该技术在系统中的各个观测值均能够快速获取，且具有独立性， 如此所得的坐标信息能切实防止出现误差累积，并且任一测量 环节出现误差都可以当场进行校正。
3.2 使用环境受限制少
GPS-RTK技术辐射面广，通过设置几个流动接收站就可以形 成点面结合的测量范围，因此在使用时对外界环境要求如气候、 空气可见度、温度、湿度等要求不高，对基准站、流动站光学通视 的条件限制也较低，能达到电磁波通视要求就可以了。此外GPS- RTK技术系统的基站与移动站之间无需处于目视距离，与传统测 量技术需要设置更多布点相比，其只要确保数据传输的可靠性不 被影响，基站和移动站之间的位置可随意更换。加上RTK技术设 备简单，通过在既定测量位置设计规范的布点，就可以有效完成 大约4km之内距离的24h 实时动态测量并建立有效观测体系。
3.3 大幅度降低成本
RTK技术实时动态观测技术系统能将大量数据进行自动化的精准筛选和集成化绘制出来， 与传统导线测量模式相比， 减少 许多辅助测量工作量。加上该技术需要使用的设备仪器简单且 搬运成本很低，在人力和设备投入成本上大为降低。同时 GPS- RTK技术内部操作系统功能全面精准，内部操作系统能够将相 关数据录入、传输、处理和输出精确的与其他测量仪器之间的数 据，从而减少了技术人员后期工作量。这些对于提高测量工作效 率，降低矿产企业生产成本、提高经济效益具有重要意义。
4 GPS-RTK技术在矿山测量中的运用
4.1 矿区地形测量中的运用
矿区开采生产环境复杂，地形地貌复杂多变、施工障碍物较 多等都需要有精密的测量技术来做好地形测量工作， 以高精准度 的测量数据来为矿山开发生产工作提供科学有效的信息参考依 据。在地形测量准备极端，测量人员需要确保 GPS-RTK技术使 用的周边环境必须是一个稳定的磁场环境， 这样一来方可确保基 准站运行的稳定。并且要求工作人员能够利用计算机系统根据准 确的地点、终点以及折点坐标来实施布设，科学设置加桩、加入 点等测量间距。此外，运用 GPS-RTK技术操作系统来准确转换 对应的地形特征数据，从而将相应位置的坐标信息动态呈现出 来，同时依据绘制图标。这个过程中由于 GPS接收机获得的数据 信息为原始大地经纬坐标信息， 测量者还应当要转化为地方坐标 系统，通过严谨的计算获得坐标准转换参数，这样方可保证所得 参数的精准度。同时测量人员在此过程中需按照控制点均匀分布 的原则同步获取至少三个控制点的地理空间坐标值(X、Y、H)。 如此才能确保地形测量得出的相关数据是准确的。
4.2 矿区工程测量
矿区工程测量是矿山测量工作的重要内容，对矿山资源开 采质量有重要影响。由于矿山区域地形的复杂多变，如一些山 区森林茂密、覆盖物繁多造成控制点密度低、通视条件差，导致 传统常规测量技术的运用工作效率低、数据精准度差。而采用 GPS-RTK技术通过运用精良的仪器和精确化的测量技术，可以 对矿山整体的开采进度做一个数据化的测算，同时通过对工程 施工现场的地形地貌、积水、断面等进行动态测量，得出矿区地 形地貌图、横纵断面图、钻孔放样施工图等有效参考数据。GPS- RTK技术不仅高效实现了对矿区工程进度的精准监控，还大大 提高了矿区工程测量的工作效率和质量。
4.3 采矿区大比例尺数字地形图的测量
矿山建设最开始步骤是做好地形测量和地形图测绘，特别 是大比例尺的地形图对于矿区开采来讲更具直观参考价值。传 统的大比例尺地形图测绘步骤是 ：在测区建设一定的平面控制 网——计算出控制点坐标——采集碎部点数据——计算机成 图。这种传统的测量模式测量速度慢、工作量大、效率大、成本 高，测量质量和效率远远跟不上 GPS-RTK技术。它可以启动七 参数转换使基准站的测量工作自动运行，传统碎部点数据的采集由流动站测量工作来代替。碎部点上架设的 GPS 接收机测出 待测点高程和平面位置仅需几秒，且 1 人操作即可完成。最后结 合所记录的属性信息就通过计算机完成绘图、出图工作。可以说 GPS-RTK技术在采矿区大比例尺数字地形图测量上具有很高的 精准度， 大大提升了矿山测量工作的质量和效率。
4.4 矿区控制网的建设中的运用
矿区安全生产需要对矿区的开采进度进行精确化的监控， 因此需要矿区建立一套整体的控制网络来对工程进度和矿区生 产安全进行监控， 这不仅需要对矿区范围内进行精确定位， 对每 个开采点进行实时定位监控，还需要对各开采点和控制中心之 间的距离数值进行实时监测，从而确保矿山开采系统的建立更 加科学合理。由于我国地形地貌复杂多变， 特别是在西南地区的 喀斯特、丹霞地貌等造成山势起伏连绵、地貌条件复杂，很多区 域和方向间都存在遮挡物，测量人员要对矿区进行控制网建设， 如果采用传统的观测技术模式，必须要保证不同控制点之间是 通视状态并保持不变。但这个条件因为地质环境的复杂导致很 难实现，且还需要测量人员携带测量仪器在不同控制点之间进 行转移，因此得出的数据很容易存在误差。而使用 GPS-RTK技 术可以通过 GPS 接收装置，将在同一个观测时段连续进行观测 接收到的所有卫星数据通过无线电数据设备发送到不断移动的 流动站中，通过WGS-84 坐标系流动站可以根据初始过程中的差 分信息和 GPS 信号把流动站的准确坐标计算出来，最终经转换 得出坐标系下的待定点的三维坐标。而后结合相应的等级的测 量规范、高程数据、测区的坐标系信息、中央子午线、已有的坐 标系使用情况测区的地形图和控制点的位置参考图等建立一个 GPS 控制网。GPS-RTK技术可以在控制网建设区域内部同时设 置7个控制点，不同点位精度平面均超过2.2mm，而高程均超过 10mm， 高精度的控制网标准大大满足了矿区加密施工的要求。
4.5 矿区地面形变量测量中的运用
矿区开采工作的不断进行会导致不同程度上会对环境造成 一定的破坏和污染，特别是地质环境复杂或者老旧矿山等很容 易出现山体滑坡、矿井塌陷等地质灾害出现， 这些地质灾害隐患 高、造成矿山地势环境影响恶劣，会严重制约了矿山安全生产 管理工作的顺利开展和经济效益的有效提高。如矿山环境如岩 层与地表移动沉降、巷道及井身各部位及其相关建筑物及辅助 建筑物的沉降和位移等矿区地面特征参数都会发生改变，特别 是不同位置地面点水平位置与高层的变动会影响地面形变量数 据的精准度。为了得出精准的数据差，测出水平位移和下沉值， 做好历史数据和当前数据的对比分析工作，为矿区安全生产提 供有效参考数据，必须采用 GPS-RTK技术进行矿区形变量数据 测量。通过利用 GPS 静态相对定位技术，测量人员对坐标转移、 多项式曲面拟合、数据处理等多个环节进行整合，得出矿区地 面变形观测网数据，以此来对矿区地面形变情况进行精准评估。 GPS-RTK技术成功打破传统形变测量中需要在矿区内部布设基准点与形变观测点的模式，完全摆脱使用全站仪来测量观测网 内部边长和角度的变化禁锢， 使测量点的精度达到厘米级。所以 在测得高程WGS-84 后再转换为 1954 北京坐标系，矿区地面形 变量的测量精度依然不受影响， 完全可以得到满足。
5 露天矿山的边坡边境线的施工放样中的运用
按照矿山地形图上的施工定线规划，测量工作人员需要对 矿山的边坡边境线进行放样，标定出境接线和里程桩在地面上 所对应的位置。通过利用 GPS-RTK技术，测量人员首先把境界 线的拐点坐标数据输入到用户接收机的手簿中，实时启用点放 样功能或线放样功能，从而完成境界线和里程桩地面标定工作。 为保证施工放样的精准度均匀， 放样点必须是独立完成， 且需要 实测放样点坐标，通过观测坐标和实际放样坐标的对比和校验， 从而保证地面上所标定的位置和设计图上的设计位置一致，以 此确保施工放样位置的准确性，避免在矿山安全生产中出现误 差而造成风险隐患。
6 在矿山测量中运用GPS-RTK技术的不足之处和解决途径
6.1 RTK技术信号不连贯问题和解决措施
虽然 GPS-RTK技术的运用具有很好的运用优势，但在实际 测量中， 如果收到一些客观外在因素如地理环境、物理环境的影 响，很容易造成信号微弱、不连贯、受限制甚至中断的现象。如 在实际测量中，如果在林区、矿坑、高楼等地方，由于很多区域 和方向间都存在遮挡物，使用RTK技术就必须在不同控制点间 保持良好的通视状态，但受这些地方地理环境的限制，RTK基 准信号无法实现大面积的覆盖，从而导致一些测量盲区的出现。 或者有些矿区能够实现全覆盖，但信号微弱甚至中断，都能给 GPS-RTK技术实时测量应用带来阻碍。同时，如果测量区域的 电磁环境复杂，对于测量精度就容易造成波动。因此针对 GPS- RTK技术信号受限制的问题，专业技术人员经过反复试验和研 究后得出中继站技术的解决措施。技术人员在运用 GPS-RTK技 术时首先仔细测量地形地理环境是否适合 GPS-RTK技术的运 用，同时在测量区域增设一种网络物理接收设备，将RTK基准 站的信号进行差分扩散， 从而使信号得到全覆盖， 盲区问题也就 迎刃而解。
6.2 电离层干扰问题及解决措施
由于 GPS-RTK技术运用受电磁环境的影响，因此在运用过 程中需要认真规避电离层的干扰。GPS-RTK技术在测量时需要 接收卫星发射回来的信号， 但如果收到电离层的干扰， 就会在接 收卫星数量上出现不稳定现象，甚至有时候不能全部接收来自 5 颗卫星的数据， 导致初始化时间过长甚至是不能初始化， 特别是 在中午时分即 11 ：00 ~ 15 ：30之间的时间段，测量工作所受到 的电离层干扰是最强的。同时受卫星定位系统自身的限制， 在此 时间段进行测量，卫星高度截止角的大小会出现选择不合理的情况， 从而造成解算时间过长， 从而导致测量人员无法获取到固 定的双差解。因此， 为了减少电离层的干扰和突破卫星定位系统 的限制，提高 GPS-RTK技术的测量速度和精准度，确保测量工 作能够顺利进行， 测量工作应采取分时段测量， 尽量避开中午时 分测量，而选择在上午 11 ：00之前、下午 15 ：30 以后的时间段 进行。
6.3 高程异常值问题及解决措施
高程异常值现象主要出现在山区、高原等高程起伏较大的 测区，主要原因是大地高程和海拔高程之间的相互转换工作因 为高程起伏较大而造成测量结果出现的误差较大，从而导致转 换值的准确度不高， 最终造成高程异常值的出现， 最终影响了矿 山测量的质量和效率。为了解决这个问题， 测量人员应做好相关 参数如坐标参数的转换工作，根据实时测量情况第一时间选用 当地坐标， 确保参数使用正确以此来保证测量的精准度。同时对 选定的测量点要进行认真筛选， 确定测量点位置空间开阔、无多 余障碍物、地势较高、卫星信号接收良好等，各个测量点与联测 的测区控制点要分布均匀， 从而才能确保高程转换参数精准。
6.4 精准度和稳定性问题及解决措施
由于不同型号和不同质量的RTK设备在测量工作中所得出 的数值在精准度和稳定性上存在不小差异，而这些差异在外界 因素如卫星、数据链传输、天气等状况的影响下还会进一步拉 大。因此，测量人员为保证测量结果的精度，一方面需要选择高 质量的机型，另一方面要做好控制点、检核点等点位的布设。将 部分检核点设置于原有控制点周边，以更好的检核实际测量数 据以及精准程度。不仅如此，在实际测量环节，要确保基准站与 移动站监督不超过 10 公路，防止有点位对中偏差以及多路效应 等现象发生。不仅如此， 还需要尽可能确保测量范围内控制点能 够均匀布设，科学开展联测工作，使高程转换参数得以不断优 化，从而保证高程定位的准确性。最后在成图过程中应确保在室 外测量环节就要初步完成草图的绘制工作，以此来提高成图的 准确性。
7 结论
综上所述， GPS-RTK技术在矿山测量中因系统可操作性强、 使用环境受限制少、大幅度降低成本、测量效率和精准度高等优 势极大的打破了传统的矿山测量模式，使矿山测量工作得以发 生革命性的变革，无论是在工作效率还是工作质量上都得到了 显著的提高。当然 GPS-RTK技术在矿山测量运用中也存在一定 的不足之处，只要相关工作人员积极采取有效措施进行及时的 调整和改进， 它依然能够更好的服务于矿山测量工作， 进一步解 决测量过程中所遇到的复杂难题，从而保证矿山生产工作的顺 利进行。
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