GPS-RTK测量在露天矿山测量中的应用

GPSRTK测量在露天矿山测量中的应用一、前言GPS定位分为绝对定位和相对定位。在测绘管理工程中，由于精度的要求，我们多采用相对定位的方式，相对定位又分可静态相定位和动态相对定位，现在主要广泛采用的实时动态相对定位。我们在应用过程中如果把RTK的静态定位和动态定位两种模式相结合，在测量工作中可以覆盖所有的测量工作，如地形测量、施工放样、公路勘测等测量任务。我们公司从2003购进6台静态的GPS，2004年购进6台动态的GPSRTK。我们在测量过程中全面采用了RTK技术，从地形测量，中桩测量、纵横断面测量、施工放样等工作全都采用了RTK作业，而且在整个过程中不需要通视，它有着常规测量不可比拟的优点。并对GPSRTK进行矿山测量，本人参加了该施工作业，负责项目的技术管理，下面谈一谈在施工管理中的一些经验和体会。二、工程概况矿山采场测量是云南华联锌铟股份有限公司为了解决公司所有选厂原矿的供给问题，采场位于云南文山州马关县都龙镇曼家寨矿区，距县城约为30公里左右，采场附近主要有兴发选厂（1000吨/天）、铜街选厂（600吨/天）、2000吨/天选厂，年平均气温大约在20-25℃，为了满足各选厂的原矿供给问题，每年要剥离约为1200万方的土石方，剥离面积为8平方公里，矿区地理坐标东经104°32′00″～104°33′00″，北纬22°53′00″～22°55′00″。矿山控制是保证矿区开发顺利进行并取得理想的经济效益的一项基础技术工作，不论是矿区的基本控制网，还是矿区某个专用工程控制网的布设都必须附合矿山的需要，矿山剥离量是一个相当大的工程量，每年剥离费用大约在2000多万元左右。测量也是一个相当大的工作，测量内容包括：平面控制，高程测量，地表、输送线、遂硐贯通、引水工程等和其他重要地形、地物的位置或轮廓等。三、仪器设备的优化配置矿山专题地图是测量的自动化、数字化的最好模式，所投入的仪器设备完全满足该测量模式的要求。而如何进行优化配置、灵活运用到实际工作中并切实解决在操作过程中碰到的技术问题，是顺利完成各项测图任务的关键。为此，我们着重对GPSRTK仪器的不同作业方式和优缺点进行比对，GPSRTK存在以下优缺点：3.1．1GPSRTK的优点GPSRTK的优点在作业效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完5km半径的测区，大大减少了传统的测量所需控制点的数量和测量仪器的搬站次数，仅一人也可操作，每个放样点只需要停留1-2秒，就可以完成作业。在进行地形测量时，每小组（3-4人）每天可完成0.8-1.5平方公里的地形测绘,在线路测量中，每小组每天可完成中线测量6-8km，在中线放样的同时完成是桩抄平工作，其速度是常规测量无法比拟的；测量时定位精度高，没有误差积累：如果只要在满足RTK的基本工作条件下，在一定的作业半径范围（一般为5km），则RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，则也不存在误差累积；全天作业：RTK的测量技术不需要两测点间通视，只需要满足两点间满足光学通视，即电磁波通视就行。因此与传统的测量相比，GPSRTK测量受限因素很少，几乎可以全天作业；RTK作业自动化、集成化程度高：GPSRTK可胜任各种测绘外业。流动站配备高效手持操作手簿，内置专业软件自动实现多种测绘功能，减少人为误差，保证作业的精度。3.1．2GPSRTK的缺点虽然GPS技术有着常规仪器所不能比拟的优点，但经过这几年的工作实践证明，GPSRTK技术也存在着以下几方面不足。受卫星状况的限制：GPS系统的总体设计方案是在1973年完成的，受当时的技术限制，总体设计方案自身存在很多不足。随着时间的推移和用户要求的日益提高，GPS卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前的需要，当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖。比如，在纬度较低的地区，每天都有两次盲区，出现盲区时段时这时卫星的几何图形结构强度低，RTK测量时很难有固定解。同时卫星信号强度也比较弱，在对空遮挡比较严重的地方GPS也无法正常的应用；受电离层的影响：在白天中午，受电离层的干扰大，而且共用卫星数也少，因而初始化的时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量，根据在平时工作中的经验，每天大约在12—13点时段受电离的干扰较大，这时RTK测量很难得到固定的解；受数据链电台传输距离的影响：数据链电台信号在传输过程中易受外界环境的影响，如高大有山体、建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减也比较严重，严重的影响了外业有作业精度和作业半径。另外，当RTK作业半径超过一定距离时，测量的结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径要比标称半径小，在工作实际中都有证明了这一点；受对空通视环境的影响：在山区、林区、城镇密楼区等在作业时，GPS卫星信号被阻挡有机会较多，信号的强度也比较低，卫星空间结构差，容易造成失锁,如果重新初始化是相当困难的,有些时候甚至无法初始化,从而影响了正常的作业；受高程异常问题的影响：RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但是我国现有高程异常分布在有些地区，尤其是山区，存在较大的误差，在有些地方还在是一片空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得比较困难，精度也不均匀，所以会影响RTK测量的高程精度；不能达到100%的可靠度：RTK的可靠性只有95%—99%，在稳定性方面不及全站仪，这是RTK自身的外在原因决定的，比如容易受卫星状况的影响、天气状况，数据链传输状况等影响的缘故。综上所述都是运用价值工程的原理，分析仪器设备、人员分工与环境利用的协调配合方法，结合实际情况（作业内容、进度控制等）探索仪器相配合测量的解决方案、实测技术以及操作过程中存在的主要问题，达到既保证测图精度，又在施工作业中能合理利用各测量手段的优点，扬长避短，提高工作效率和经济效益的目的。3．2、实行动态的作业管理为了使施工作业中更有效的控制，在施工的全过程中实行了动态监控。首先，每天实行一次小结制度，每晚技术人员都要对当天的作业情况、所遇到的问题和任务的完成情况进行简短的小结，管理负责人根据所收集到的信息，运用网络技术进行计划、分析和计算，通过网络图清晰地反映计划任务的整体结构和各工序之间的相互依存的逻辑关系，而且可以表述完成计划任务的各种设想方案，通过统筹兼顾、合理安排，为编制计划和工程项目的管理提供科学依据，实时动态判断关键工作和关键路线，灵活调整作业顺序。其次，实行段段总结，每完成一个工作段，都要与既定计划比较，发现偏差，分析偏差原因以及对后续工作和总进度的影响，并联系采取相应的措施及时纠正。最后，保持作业的连贯性和与争抢零碎作业时间相结合。即在作业的安排上，尽量避免每一个工作组作业内容和作业人员的变动，在此基础上，尽可能地使工序衔接顺畅，作业紧凑有续，争抢一些诸如工地转移、开工准备等零碎的作业时间。四、采用相应的技术措施是基础4．1、控制测量控制测量是一项技术性很强的工作，该工作是后续测量的基础，其成果质量要求相当高。但是由于收集的资料相当陈旧，经过我们实地踏勘，可是作为起算的控制点相当少，为满足任务书和测量规范规定的精度要求，我们着重抓了以下工作：4.1．1选择作业方案方面在选择作业方案方面，按照测量的工作程序及，从测量顺序总体来是说先控制后碎部；从测量范围来说，由整个测区布测控制网到局部测图，换句话说也说也就是由整体到局部；确定按照测量精度的规范要求应先从高级后低级两步走的方法，这也是测量工作中必须遵循的原则。但是为了使待定的设施位于测量控制点的工作范围内，这时我们需要将较疏的控制点进行加密，为了使测量作业实施方便，就要选择其中一个较高精度的控制点作为基准站，用静态的测量方法，对所需加密的控制点进行坐标定位，得到该控制点的坐标和地方坐标，再在所加密的控制点所覆盖的作业范围内进行待定点设施的测量作业，这样就有利于作业范围内测量精度和作业效率的提高。而我们现在是怎样将高级控制点降至到D级GPS点或者布设的二级点，则可以采用两种方法来布设控制网：则以每两个待测点与两高等控制点组成独立的多边形（如图l所示）；或者是直接以大地四边形方式推进，前后分别与两高等控制点附合（如图2所示）两种作业形式。待定点1待定点3待定点5待定点n-1第一测段已知点1已知点2第二测段重合测段待定点2待定点4待定点6待定点n图1待定点1待定点3待定点5待定点n-1第一测段已知点1已知点2第二测段重合测段待定点2待定点4待定点6待定点n图2前者是每待定点均与高级点连接，有利于精度条件的满足。但由于各独立网间缺少联系，整个控制点之间点位精度难以一致，相邻点极可能会因不同在一网内而造成相对中误差超限；而且每测量两待定点均要在距离较远的高等控制点上置站，不利于作业的开展。后者则把整个控制网连成一体，点位精度均匀。但会因为推进时不可避免的短边与长边相接，组成强度极差的大地四边形，从而随着不断推进，精度将逐渐降低，但可以通过首尾强制附合措施解决。通过两种途径的对比，作业过程中后者优于前者（即图2优于图1），最后我们选择了后者。4.1．2控制点布设和外业工作中应注意的问题在控制点布设和优化设计方面，则先进行内业选点，根据当地的地形情况或走向，选择最优的布设网形，尽量避免采用强度差的大地四边形，然后实地踏勘，选点埋点。在外业工作中，要求各观测小组严格按规范执行，认真细致观测，力求准确无误，杜绝违规，避免返工。完成一天的外业工作后，均都做好当天的数据备份工作。4．2、地表地形测量目前进行地表的地形测量最常用和最先进的方法是GPSRTK测量系统，利用GPSRTK的快速定位和实时得到坐标结果的特点，在一定的测量环境中可以进行地形的碎部测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，在测量的过程中可以设定按距离进行采集，距离可以是人为设定；在匀速运动测量的过程中，也可以按时间设定采集，而且时间间隔也可人为设定，采集完的地形点坐标经过成图处理，生成数字化矿山地形图。地形点的采集可以单人作业，极大地节约了人力和时间。因为每个地形点的坐标数据也成图质量上了一个档次，在该矿山的平面图的测量应用中取得了很好的效果，而且该系统的主要特点是能够实现动态实时定位，真正实现平面定位和地表数据采集的自动化。为此，所面临的新问题是如何更有效地提高测量精度和工作效率。4.2．1怎样提高作业精度在如何提高精度方面，由于GPSRTK测量系统能够实现数据采集的自动化，平面定位与地表测量的不同步问题也就可以迎刃而解，所以影响地表地形测量精度的主要因素为仪器的安装、和数据后处理的方法。因此在工作中，有针对性地采取相应办法和技术措施。比如：为克服在测量过程中对测量精度的影响，我们选用稳定性较好、注重基准位置的选择，基准站尽量设在点位较高的控制点上，以便利于卫星的接收信号和数据链信号。控制点间的距离应小于RTK的有效作业半径的2/3倍，为的是方便对RTK测量成果进行控制检核，以便避免出现作业的盲点，如果方便的情况下应测区环境不良的地区增设一些控制点，并且控制点的选择还要尽量避免无线电的干扰。从而保证作业的测量精度。4.2．2怎样提高工作效率在如何提高工作效率方面，根据GPSRTK测量系统可以对测量的精确跟踪定位，实现有规律、有目的的进行测量工作特点，虽然GPSRTK有前述所述的缺点，但经过大量的工程实践证明，其优点远远大于缺点，况且这些优点是常规测量方法不可比拟的，因为RTK测量技术刚刚才风靡全国，使测量界引起了一场技术革新，针对RTK技术的缺点，通过在这几年的工作实践中，总结了下面几种优化的施测方法，在实际操作中，采取相应的措施。提高GPSRTK作业效率的方法，以在目前GPS技术水平下弥补RTK技术的不足，提高作业效率。首先：摸清仪器特性，通过在各种条件下反复工作实践，摸清仪器的各种特性，如能否达到标称精度，在各种条件下的作业半径和测量误差，摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所消耗的时间等等。以便在工作中得心应手。从而提高工作效率。其次：合理选择作业时间，通过