地質(zhì)勘察測(cè)繪中GPS‐RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用分析

鄒 宇

(綿陽(yáng)市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000)

地質(zhì)勘察測(cè)繪中GPS‐RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用分析

鄒 宇

(綿陽(yáng)市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000)

目前GPS-RTK技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探測(cè)繪工程中，取得了顯著成效。文章闡述了GPS-RTK技術(shù)的基本原理，分析了地質(zhì)勘察測(cè)繪中GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討了地質(zhì)勘察測(cè)繪中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用。

地質(zhì)勘察測(cè)繪；GPS-RTK技術(shù)；優(yōu)勢(shì)；應(yīng)用

引言

地質(zhì)測(cè)繪是地質(zhì)勘探工程中一項(xiàng)非常重要的基礎(chǔ)性工作，直接關(guān)系到整項(xiàng)勘探工作的最終成效。隨著我國(guó)地質(zhì)勘探水平的不斷提升，地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)呈現(xiàn)出自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、數(shù)字化、多功能化發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)。其中，GPS-RTK 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探測(cè)繪工作中，受到了用戶的一致好評(píng)和青睞。

1 GPS-RTK技術(shù)的基本原理

GPS技術(shù)的基本原理實(shí)際上就是將衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)與無線電測(cè)距交會(huì)原理結(jié)合在一起而構(gòu)成的技術(shù)。其中衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是將地球表面設(shè)置的無線電發(fā)射信號(hào)裝置安裝于衛(wèi)星上來進(jìn)行實(shí)時(shí)定位的系統(tǒng)。無線電測(cè)距交會(huì)原理則是借助于3個(gè)及以上的地面控制在來對(duì)衛(wèi)星所處的位置進(jìn)行測(cè)定，同理，通過借助3顆及以上的衛(wèi)星空間位置也可以對(duì)地球表面的任一點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)定。

RTK技術(shù)的基本原理是以載波相位觀測(cè)量為測(cè)量依據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和GPS測(cè)量技術(shù)有效結(jié)合的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，同時(shí)其也是對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的一個(gè)突破。通常而言，RTK技術(shù)主要包括三個(gè)主要部分，即：軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和GPS接收設(shè)備。而就RTK技術(shù)的基本工作方法和思想而言，其主要包括以下幾個(gè)方面：首先需要在觀測(cè)基準(zhǔn)站上設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)來對(duì)全體可見的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)地觀測(cè)，并要借助無線電傳輸設(shè)備將接收機(jī)所觀測(cè)的各類數(shù)據(jù)信息傳輸給用戶觀測(cè)站。然后在用戶站上，在GPS接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收的同時(shí)，要借助無線電接收設(shè)備來對(duì)基準(zhǔn)站所傳輸?shù)母黝愑^測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。最后要以相對(duì)定位原理為計(jì)算原理和依據(jù)來對(duì)整周模糊度未知數(shù)進(jìn)行結(jié)算，同時(shí)要對(duì)用戶站的精度和三維坐標(biāo)進(jìn)行顯示。通過對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶站和檢測(cè)基準(zhǔn)站的觀測(cè)質(zhì)量及結(jié)算結(jié)果的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)地對(duì)結(jié)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行實(shí)時(shí)地判定，從而降低觀測(cè)的任務(wù)量，縮短觀測(cè)所需的時(shí)間，有效地提高了生產(chǎn)的效率。

2 地質(zhì)勘察測(cè)繪中GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)

GPS－RTK技術(shù)可全天候作業(yè)，不受時(shí)間、空間、人員和天氣變化等多方面因素的影響，且操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度更高、控制面積更大，可以很方便地完成絕大部分施工平面定位工作。（1）定位精度高。利用GPS－RTK定位系統(tǒng)可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成±10～±20m的定位精度，GPS－RTK定位系統(tǒng)中，1h以上觀測(cè)的解算，可以將平面位置的誤差控制在1mm以下，使其能對(duì)地質(zhì)勘察測(cè)繪中的高精度要求做到充分的滿足。（2）GPS－RTK定位系統(tǒng)與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，前者對(duì)于水利工程測(cè)量中作的效率與質(zhì)量都有著顯著的提升，提供的三維坐標(biāo)也使測(cè)算更加精準(zhǔn)，有著傳統(tǒng)測(cè)量方法無法比擬的優(yōu)越性；而測(cè)站之間無需通視這一優(yōu)勢(shì)，則對(duì)測(cè)量學(xué)中的難題有了妥善的解決，保證了接收的信號(hào)不會(huì)受到干擾。（3）綜合測(cè)繪能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了集成化和自動(dòng)化作業(yè)。GPS-RTK 技術(shù)可以適應(yīng)各種內(nèi)外地質(zhì)勘測(cè)工程測(cè)量的實(shí)際需求，并通過基準(zhǔn)站直接與用戶聯(lián)系，傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量作業(yè)的高效控制和管理，同時(shí)還為作業(yè)指揮系統(tǒng)的建立和完善提供了良好的基礎(chǔ)。（4）操作較為簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)。GPS-RTK 技術(shù)可以進(jìn)行電磁波通視，這主要是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)不會(huì)受到外界測(cè)繪作業(yè)條件的影響，在地形復(fù)雜的環(huán)境中，不會(huì)受到地物障礙的影響。基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的搭設(shè)較為簡(jiǎn)單，可以快速獲取結(jié)果，其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，簡(jiǎn)單易操作。

3 地質(zhì)勘察測(cè)繪中GPS-RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

3.1 架設(shè)基準(zhǔn)站

這是GPS-RTK順利實(shí)施的關(guān)鍵，架設(shè)基準(zhǔn)站時(shí)，應(yīng)保證視野開闊，遠(yuǎn)離大功率天線發(fā)射源和高壓輸電線路，基準(zhǔn)站附近不應(yīng)有能對(duì)衛(wèi)星信號(hào)造成干擾的物體，另外還要保證便于傳送差分改正信號(hào)，便于安裝和操作，為在確保GPS發(fā)射電臺(tái)覆蓋能力的同時(shí)盡量擴(kuò)大通訊半徑，最好將基準(zhǔn)站架設(shè)在較高處。其次，架好GPS接收機(jī)和天線后，設(shè)置基準(zhǔn)站和移動(dòng)站，先連接基準(zhǔn)站，對(duì)其坐標(biāo)進(jìn)行平滑采集，將基準(zhǔn)站儀器高輸入保存，等到指示燈發(fā)出通訊信號(hào)，斷開連接，然后連接移動(dòng)站，在此過程中，保證輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，基準(zhǔn)站、移動(dòng)站各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置應(yīng)保持一致，且兩者之間要始終保持?jǐn)?shù)據(jù)連接。

3.2 野外數(shù)據(jù)采集

應(yīng)用GPS的靜態(tài)功能和動(dòng)態(tài)功能進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，靜態(tài)功能主要是通過GPS接收機(jī)接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)確定地面所需點(diǎn)的三維坐標(biāo)，此時(shí)各站點(diǎn)保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，數(shù)據(jù)采集持續(xù)進(jìn)行，根據(jù)接收機(jī)之間距離、站點(diǎn)被遮擋情況、衛(wèi)星幾何狀況等確定數(shù)據(jù)采集時(shí)間，結(jié)束一個(gè)同步時(shí)段的數(shù)據(jù)采集后，開始進(jìn)行下一個(gè)時(shí)段的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，采集完所有數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，以為做測(cè)點(diǎn)后處理提供方便。動(dòng)態(tài)功能則是通過GPS衛(wèi)星定位已知三維坐標(biāo)點(diǎn)位，并將其實(shí)地放樣到地面上，在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集過程中，GPS接收機(jī)保持固定，所有測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位是相對(duì)于GPS接收機(jī)而言的，實(shí)際工作中，一般將GPS接收機(jī)設(shè)定為流動(dòng)站，裝在背包中由一人操作，而操作員可通過掌上電腦與接收機(jī)溝通。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集都有自身優(yōu)缺點(diǎn)，靜態(tài)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行后處理，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)則要進(jìn)行適時(shí)處理。

3.3 剖面測(cè)量

GPS-RTK測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量、放樣、檢算于一體的特征，能夠在勘探線的橫斷面上進(jìn)行剖面測(cè)量，并且能夠?qū)ν潦竭M(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。相比傳統(tǒng)的勘探線剖面測(cè)量，GPS-RTK技術(shù)的放樣功能較強(qiáng)，整個(gè)勘探線剖面測(cè)量工作只需一名操作人員即可完成。

3.4 放樣測(cè)量

地質(zhì)勘探的工作需要進(jìn)行工程點(diǎn)的布設(shè)，包括勘探網(wǎng)、槽探、鉆探等工程。一般地質(zhì)勘探區(qū)域面積較大，多在山區(qū)，地形也較復(fù)雜，嚴(yán)重影響傳統(tǒng)測(cè)量的通視效果。利用GPS-RTK定位技術(shù)能改進(jìn)傳統(tǒng)測(cè)量工程點(diǎn)的觀測(cè)方法，RTK技術(shù)的電磁波通視優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)地質(zhì)勘探工作的復(fù)雜環(huán)境，使野外工作的時(shí)間得到減少，從而提高工程點(diǎn)布設(shè)的精確度，提高工作效率。

3.5 地形測(cè)量

GPS-RTK在測(cè)量單點(diǎn)時(shí)和全站儀一樣，所用時(shí)間都較短。但GPS-RTK測(cè)量技術(shù)實(shí)施數(shù)字化測(cè)圖，無需頻繁的換測(cè)站點(diǎn)和定向通視，減少了轉(zhuǎn)站時(shí)的誤差積累，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了多個(gè)流動(dòng)站同時(shí)工作，測(cè)量效率得到了極大的提升。由此可知，GPS-RTK技術(shù)在測(cè)量地形中具有很大優(yōu)勢(shì)，不僅測(cè)量速度快，而且測(cè)量準(zhǔn)確率高，提高了作業(yè)效率。

2.6 碎部測(cè)量

采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，不要求通視，架設(shè)好基準(zhǔn)站后，僅需一人拿著儀器便可以開始測(cè)量。測(cè)量時(shí)，測(cè)量員在儀器已經(jīng)初始化的情況下，在要測(cè)的地形地貌碎部點(diǎn)上，將測(cè)桿對(duì)中、讓氣泡居中后，開始測(cè)量幾秒鐘，就能獲得該點(diǎn)的坐標(biāo)，精度達(dá)到要求后就可保存，保存點(diǎn)時(shí)輸入該點(diǎn)的特征編碼，把一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位測(cè)定后，利用專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸和處理軟件可以輸出所有的測(cè)量點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

GPS-RTK的應(yīng)用給地質(zhì)勘察測(cè)繪工作帶來了全新變革，不管是在時(shí)間上，還是在空間上，都使地質(zhì)測(cè)量工作傳統(tǒng)作業(yè)方法得以改變，這為地質(zhì)勘查測(cè)繪提供了強(qiáng)有力的支撐，對(duì)于提高工作效率具有重要作用。相信隨著測(cè)繪技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展、數(shù)據(jù)處理的逐步完善以及對(duì)GPS-RTK更加高效的利用，我國(guó)地質(zhì)勘查工作將會(huì)步上一個(gè)新臺(tái)階。

[1]徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等. GPS 測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢: 武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2011.

[2]李保杰.GPS與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘查中應(yīng)用比較[J].地理空間信息，2011(3).

[3]張奇，胡石元，施秧秧，朱彥剛.GPS-RTK 技術(shù)在土地整理測(cè)繪中的應(yīng)用探討[J].測(cè)繪與空間地理信息，2008(02).

G322

B

1007-6344（2015）09-0089-01