GPS—RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工程測量中的應(yīng)用

楊妮

摘 要：本文從理論方面較深層次講解了GPS-RTK測量系統(tǒng)的定位原理，其中還對GPS-RTK定位的優(yōu)缺點重點介紹。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 載波相位 應(yīng)用

中圖分類號：P25 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0030-01

GPS RTK技術(shù)是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)。它由GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和內(nèi)嵌軟件構(gòu)成，是一種全新的GPS定位測量方式，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。其工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于流動站上，通過差分處理求解載波相位的整周模糊度，實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位坐標。GPS RTK技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測量模式，能夠?qū)崟r地完成厘米級定位精度和不通視情況下遠距離測量坐標，且沒有累積誤差，測量精度較高。優(yōu)點為工作模式簡單，需要不多的測量人員，定位速度快，操作簡便，綜合效益高等。地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量是進行地質(zhì)礦產(chǎn)建設(shè)的前提，其測量精度的高低、工作效率的快慢均對后續(xù)的礦產(chǎn)勘查工作帶來不小的影響。傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，外業(yè)工作量極大，效率較低，且精度有時不能得到滿足。鑒于GPS RTK技術(shù)在各方面的優(yōu)越性，其在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量工作中得到了廣泛的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在礦區(qū)控制點加密、地形測量、地質(zhì)剖面測量、鉆孔、探槽等測量。

1 GPS-RTK簡介

1.1 GPS-RTK原理

GPS-RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)，是GPS測量技術(shù)中的一個新突破，可在野外獲取點位厘米級的水平精度。其基本思想是：在基準站上設(shè)置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。

1.2 GPS-RTK優(yōu)點

（1）測量過程直觀透明，可實時動態(tài)顯示測量成果。能夠及時查看坐標定位，并使三維實時動態(tài)放樣、快速成圖等問題得以解決。

（2）觀測時間短。在觀測條件良好時，可在2s～5s內(nèi)求得高精度的測點三維坐標

（3）全天候作業(yè)。只要在測點能夠接收到4顆GPS衛(wèi)星信號，則在任何時間連續(xù)地進行作業(yè)。

（4）操作簡便，自動化程度高，大幅度減少勞動工作量。GPS-RTK測量已基本實現(xiàn)了智能化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高，打開電源即可進行自動觀測。

（5）觀測站之間無需通視，適應(yīng)各種地形。各站之間是相互獨立的觀測值，誤差不會積累傳播。

1.3 GPS-RTK數(shù)據(jù)處理

根據(jù)精度要求和實際情況、軟件的功能和精度，分析下載的數(shù)據(jù)，查看是否各測回值滿足要求，收斂誤差滿足要求等，點屬性是否齊全。當一個點或一組點成果經(jīng)檢查達不到設(shè)計要求時，必須進行重測或補測。重、補測應(yīng)按原設(shè)計方法、精度要求進行。對多測回數(shù)據(jù)求平均值后，編輯成一定格式，或制作表格直接輸出，或制成GIS數(shù)據(jù)源產(chǎn)品，提供GIS數(shù)據(jù)庫使用。

2 GPS-RTK測量在地質(zhì)工程測量中的應(yīng)用

由于GPS RTK測量具有精度高、效率高的優(yōu)點，其在地質(zhì)勘探工程可以完成多項工作。

2.1 控制測量

目前，GPS定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建立各種級別、不同用途的GPS控制網(wǎng)。在這些方面，GPS定位技術(shù)已基本上取代了常規(guī)的控制測量方法，成為了主要手段。與常規(guī)的方法相比，GPS在布設(shè)控制網(wǎng)方面具有測量精度高、選點靈活、不需要造標、費用低、全天候作業(yè)、觀測時間短、觀測和數(shù)據(jù)處理全自動化等特點。

2.2 野外大比例尺數(shù)字化地形圖測量

地質(zhì)勘探工程所用圖大多是1∶2000或1∶1000地形圖。用傳統(tǒng)方法測圖，工作量大，速度慢，花費時間多；用RTK測繪，具有采集速度快，精度高的優(yōu)點，大大降低了測圖的難度，省時又省力。

2.3 野外剖面測量

地質(zhì)人員在大比例尺地形圖上標出地質(zhì)勘探剖面后，測量員利用RTK測量就能很方便地實測并繪制出本條剖面圖，且精度較高。

2.4 勘探工程放樣測量

采用RTK測量技術(shù)進行放樣，只需將所要放樣的坐標輸入RTK手簿中，系統(tǒng)就會定出放樣的點位。

3 GPS-RTK的不足及解決辦法

（1）在山區(qū)和樹林較密地方使用RTK作業(yè)，有其局限性，主要表現(xiàn)在收不到基站信號或者時有時無、數(shù)據(jù)初始化慢且易丟失、測量用時較長。對于這種情況，主要解決的辦法：①要選好基站，要開闊，功率開到最大，電臺天線盡可能架高。②把移動站天線盡可能架高③架雙基站工作④聯(lián)合全站儀作業(yè)。

（2）天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接收不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量，可見選擇作業(yè)時段的重要性。

（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標稱距離小的問題。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到高大山體和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。另外，當RTK作業(yè)半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機型在不同的環(huán)境又各不相同）時，測量結(jié)果誤差超限，所以RTK的實際作業(yè)有效半徑比其標稱半徑要小很多，工程實踐和專門研究都證明了這一點。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設(shè)在測區(qū)中央的最高點上。

（4）初始化能力和所需時間問題。在山區(qū)、林區(qū)等地作業(yè)時，RTK衛(wèi)星信號容易被阻擋、容易造成失鎖，采用RTK作業(yè)時有時經(jīng)常需要重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強、所需時間短的RTK機型。

（5）高程異常問題。RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的工作變得相當困難，精度也不均勻。

（6）電池電量的影響。RTK耗電量比較大，電池容量小，作業(yè)時間不長久。有些條件困難地區(qū)，用電緊張，作業(yè)時間長了，就會導(dǎo)致沒電可用。而且電池電量不足，還會影響到RTK的發(fā)射、接收信號，導(dǎo)致作業(yè)效率低，成果精度不高。解決這類問題就是選擇可以外接電源的儀器，用電瓶代替普通的電池。

4 結(jié)語

GPS-RTK能實時地定位出所在位置的三維坐標，可直接進行實地實時放樣、控制測量、點位測量等。以其快速、高效、節(jié)省人力、不受天氣、地形和通視等條件的限制，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、水文、公路等工程測量。

參考文獻

[1] 郭達志.礦山測量的昨天、今天和明天[C]//第七屆全國礦山測量學(xué)術(shù)會議論文集，2007（11）.