RTK測(cè)量的作業(yè)流程及其在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

吳 盤

（寧夏回族自治區(qū)煤田地質(zhì)局，寧夏 銀川750011）

0 引言

與GPS 靜態(tài)相對(duì)定位、 快速靜態(tài)定位需要較長觀測(cè)時(shí)間和事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理相比，RTK 定位效率大大提高，并且能夠滿足多種地質(zhì)勘查測(cè)量的精度要求，利用RTK 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)可完成地形圖測(cè)量、圖根控制點(diǎn)加密、工程放樣、地質(zhì)特征點(diǎn)采集、物化探測(cè)網(wǎng)、地質(zhì)剖面測(cè)量等多種工作。

1 RTK 測(cè)量的作業(yè)流程

1.1 內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備

在實(shí)施RTK 外業(yè)測(cè)量前，應(yīng)事先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行踏勘，根據(jù)地質(zhì)勘查測(cè)量的特點(diǎn)完成內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作。主要包括以下幾方面的內(nèi)容：

1）根據(jù)工程項(xiàng)目，設(shè)定工程名稱；

2）主機(jī)的參數(shù)設(shè)置，基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為4-5s，流動(dòng)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為1-2s，截止高度角通常先設(shè)定為10°；

3）若有已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則輸入手??；

4）若無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則整理測(cè)區(qū)的已知控制點(diǎn)資料，控制點(diǎn)盡可能均勻分布在測(cè)區(qū)，使所測(cè)點(diǎn)在已知點(diǎn)的內(nèi)涵之內(nèi)，盡可能避免一端向另一端無限制的外推?？刂泣c(diǎn)所處的位置和周圍的條件應(yīng)符合GPS 作業(yè)的要求；

5）實(shí)施工程放樣時(shí)，內(nèi)業(yè)輸入每個(gè)放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，以便野外實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確放樣。

1.2 求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

地質(zhì)勘查測(cè)量是在測(cè)區(qū)地方獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就存在WGS-84 坐標(biāo)和測(cè)區(qū)地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。由于RTK 作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出測(cè)區(qū)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。根據(jù)測(cè)區(qū)已知控制點(diǎn)成果來源情況，求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)可分為以下2 種情況。

1）測(cè)區(qū)控制點(diǎn)坐標(biāo)是GPS 靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量完成的，并且坐標(biāo)成果既有測(cè)區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)，又有靜態(tài)GPS 作業(yè)控制網(wǎng)無約束平差時(shí)精確求得的WGS-84 坐標(biāo)，就可以利用同一控制點(diǎn)的2 種坐標(biāo)成果求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2）只知道測(cè)區(qū)地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)成果，沒有與控制點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的WGS-84 坐標(biāo)成果，這種情況下可在工程項(xiàng)目中臨時(shí)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。首先在對(duì)空視野開闊的地方設(shè)立基準(zhǔn)站并采集單點(diǎn)定位WGS-84坐標(biāo)，然后流動(dòng)站聯(lián)測(cè)2 個(gè)以上的測(cè)區(qū)地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)，同樣是利用同一控制點(diǎn)的2 種坐標(biāo)求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

1.3 基準(zhǔn)站的選定原則

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站發(fā)射臺(tái)和流動(dòng)站接收臺(tái)組成，它是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。穩(wěn)鍵可靠的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)莿?dòng)態(tài)初始化的前提。保持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，可以減少整周模糊度的解算時(shí)間，大大提高工作效率，所以基準(zhǔn)站的安置是順利實(shí)施RTK 作業(yè)的關(guān)鍵之一，基準(zhǔn)站安置應(yīng)滿足下列條件。

1）基準(zhǔn)站可設(shè)立在有精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可設(shè)在未知點(diǎn)上；

2）基準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇地勢(shì)較高、視空無遮擋、電臺(tái)有良好覆蓋的地方，地質(zhì)勘查測(cè)量首選測(cè)區(qū)中央的制高點(diǎn)上；

3）為防止數(shù)據(jù)鏈的丟失和多路徑效應(yīng)，周圍應(yīng)無GPS 信號(hào)反射物(大面積水域，較大陡崖的附近)，200m 范圍內(nèi)無高壓電線、無線電發(fā)射臺(tái)等干擾源；

4）考慮到南北極附近是衛(wèi)星的空洞區(qū)，電臺(tái)天線應(yīng)架設(shè)在GPS 接收機(jī)的北方。

1.4 RTK 施測(cè)步驟

野外作業(yè)時(shí)，基準(zhǔn)站安置在選定的控制點(diǎn)上，打開接收機(jī)輸入點(diǎn)號(hào)、天線高、WGS-84 的已知坐標(biāo)。如果未知WGS-84 坐標(biāo)，則需采集單點(diǎn)定位坐標(biāo)，設(shè)置完畢檢查接收的GPS 衛(wèi)星數(shù))5 顆。設(shè)置電臺(tái)的通道和靈敏度，檢查電臺(tái)發(fā)射指示燈是否正常，基準(zhǔn)站設(shè)置完成。流動(dòng)站選擇與基準(zhǔn)站電臺(tái)相匹配的電臺(tái)頻率，檢查電臺(tái)接收指示燈是否正常，檢查接收衛(wèi)星數(shù))4 顆，流動(dòng)站可開始測(cè)量任務(wù)。先聯(lián)測(cè)1-2 個(gè)已知控制點(diǎn)，評(píng)定測(cè)量精度，滿足設(shè)計(jì)要求則開始測(cè)量任務(wù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡單，外業(yè)測(cè)量采集的實(shí)測(cè)坐標(biāo)通過手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)。經(jīng)整理、分類、判斷形成文件后待用。

2 RTK 技術(shù)在地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 地形圖測(cè)量

地質(zhì)勘查分普查、詳查、勘探幾個(gè)階段，每個(gè)階段都有測(cè)繪地形圖的任務(wù)。根據(jù)勘查礦種的不同，普查階段測(cè)圖比例尺有1:2000、1:5000、1:10000 等，詳查階段測(cè)圖比例尺有1:500、1:1000、1:2000 等。用傳統(tǒng)方法測(cè)圖(如全站儀測(cè)圖)，先要建立測(cè)圖首級(jí)控制網(wǎng)和圖根控制網(wǎng)，然后才能進(jìn)行碎部測(cè)量，這樣須投入大量的人力、物力，工作量大、速度慢、花費(fèi)時(shí)間長。采用GPS RTK 測(cè)圖，可以省去建立圖根控制網(wǎng)這個(gè)中間環(huán)節(jié)，節(jié)省大量的時(shí)間、人力、財(cái)力，同時(shí)還可以全天候的觀測(cè)，這樣可以大大加快測(cè)量速度，提高工作效率。

2.2 圖根控制點(diǎn)加密

在測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)建立好后，為了便于施測(cè)大比例尺地形圖和工程放樣的需要，還要在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)圖根控制網(wǎng)。如果用傳統(tǒng)方法布設(shè)(如使用全站儀)，工作量大、速度慢、時(shí)間長，并且測(cè)量結(jié)果和精度必須經(jīng)室內(nèi)計(jì)算平差后才能知道。采用GPS RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)建立測(cè)區(qū)圖根控制網(wǎng)，能夠?qū)崟r(shí)獲得圖根點(diǎn)的坐標(biāo)。當(dāng)達(dá)到要求的點(diǎn)位精度，即可停止觀測(cè)，大大提高了作業(yè)效率。由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不要求必須通視，只要求相鄰兩點(diǎn)之間通視就可以了，使得測(cè)量更簡便易行。

2.3 工程放樣

在地質(zhì)勘查詳查、勘探段階，有許多探礦工程需要測(cè)量定位，如鉆孔定位、豎井定位、坑道坑口定位等，如果采用全站儀放樣，在作業(yè)區(qū)附近控制點(diǎn)少、地形復(fù)雜的情況下很難完成，采用GPS RTK 測(cè)量，只需將定位點(diǎn)的坐標(biāo)輸入到GPS RTK 手簿中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。

2.4 地質(zhì)特征點(diǎn)采集

地質(zhì)勘查中，通常需要對(duì)地表的一些地質(zhì)特征點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地坐標(biāo)采集，像探槽的端點(diǎn)、物化探異常點(diǎn)、鉆孔位置等。和工程放樣一樣，如果用全站儀在作業(yè)區(qū)控制點(diǎn)少、地形復(fù)雜的情況下很難實(shí)現(xiàn)，采用GPS RTK 在測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上使用簡單的數(shù)據(jù)采集功能就可輕松完成。

2.5 物化探測(cè)網(wǎng)

傳統(tǒng)的物化探布網(wǎng)是采用基線加測(cè)線的方法，首先利用全站儀在測(cè)區(qū)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上把每條測(cè)線的兩個(gè)端點(diǎn)(即基線點(diǎn))先測(cè)定出來，然后再利用全站儀在這些基線點(diǎn)的基礎(chǔ)上把每條測(cè)線的全部測(cè)點(diǎn)都測(cè)定出來。這種方法工作量大，效率低。采用GPS RTK 作業(yè)，就可以很容易完成這項(xiàng)工作。GPS RTK 測(cè)量系統(tǒng)有一種線放樣功能，只要把一條線段的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)輸入手簿，線放樣功能就會(huì)自動(dòng)把這條線段上需要每隔一定距離的測(cè)點(diǎn)位置自動(dòng)標(biāo)定出來，從而可以輕松實(shí)施放樣，當(dāng)然在放樣基線點(diǎn)的時(shí)候時(shí)間要長一些，放樣測(cè)線點(diǎn)的時(shí)候時(shí)間可以短一些。

2.6 地質(zhì)剖面測(cè)量

地質(zhì)勘查中，為了更好地反映地質(zhì)地貌特征，研究成礦規(guī)律，常常需要實(shí)測(cè)勘探線的地表特征，即實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面，如果用傳統(tǒng)方法(如使用全站儀測(cè)量)，既要支站，又要定向，在地形復(fù)雜的情況下作業(yè)效率很低。采用GPS RTK 施測(cè)地質(zhì)剖面，方法和物化探測(cè)網(wǎng)一樣，也是利用線放樣功能，只要把剖面的端點(diǎn)坐標(biāo)輸入手簿，RTK 在測(cè)量過程中就會(huì)自動(dòng)定出剖面線的位置，把剖面上地物特征點(diǎn)坐標(biāo)采集回來按順序連線就可輕松繪出剖面圖。

3 結(jié)束語

總之，GPS-RTK 作業(yè)，每個(gè)點(diǎn)的誤差均為不累積的隨機(jī)偶然誤差，外業(yè)操作簡單，能夠滿足快速求得厘米級(jí)精度的測(cè)量要求。在地質(zhì)勘查中，利用GPS-RTK 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)可完成地形圖測(cè)量、圖根控制點(diǎn)加密、工程放樣、地質(zhì)特征點(diǎn)采集、物化探測(cè)網(wǎng)、地質(zhì)剖面測(cè)量等多種工作。

［1］馬云飛.GPS 快速靜態(tài)及RTK 技術(shù)在物探中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2007.

［2］張延同.GPS-RTK 技術(shù)在城區(qū)物探測(cè)量中的應(yīng)用[D].山東科技大學(xué)，2006.

［3］宋秉紅，楊明光.RTK 技術(shù)在城市測(cè)量中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2005（02）.