RTK技術(shù)在地質(zhì)地形測(cè)量中的應(yīng)用

全成龍（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京　100102）

【其他】

RTK技術(shù)在地質(zhì)地形測(cè)量中的應(yīng)用

全成龍
（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京100102）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，涉及到各個(gè)領(lǐng)域中。本文簡(jiǎn)要介紹了RTK測(cè)量技術(shù)的原理及系統(tǒng)，詳細(xì)說(shuō)明了RTK技術(shù)在地質(zhì)地形測(cè)量中的操作流程及優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)不足之處提出解決辦法。

RTK；基準(zhǔn)站；流動(dòng)站；地質(zhì)地形測(cè)量

1　概述

全野外數(shù)字化采集技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高新測(cè)量技術(shù)，伴隨著高新技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS技術(shù)也逐漸應(yīng)用到測(cè)量工作中。常規(guī)的測(cè)圖方法先布設(shè)首級(jí)控制點(diǎn)，這種控制網(wǎng)一般通過(guò)GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)在等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)基礎(chǔ)上加密次級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)，然后依據(jù)加密的控制點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)再加密圖根控制點(diǎn)，最后在控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀測(cè)繪圖形，前提要求需有通視控制點(diǎn)，碎部點(diǎn)必須與測(cè)站通視，一個(gè)作業(yè)組一般要求3～4個(gè)人配合完成，比較費(fèi)工費(fèi)時(shí)。RTK技術(shù)測(cè)繪不僅可以不布設(shè)控制網(wǎng)，一般一個(gè)作業(yè)組2個(gè)人即可完成，速度快且精度高。

2　RTK技術(shù)測(cè)量原理及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

RTK(Real-time kinematic)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，是一種新的常用的GPS測(cè)量方法。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，且達(dá)到厘米級(jí)的定位精度[1]。RTK測(cè)量系統(tǒng)由1個(gè)基準(zhǔn)站和1個(gè)或多個(gè)流動(dòng)站組成?；鶞?zhǔn)站主要包括GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)；流動(dòng)站主要包括GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)接收電臺(tái)和手持控制器。RTK測(cè)量的基本思路是：在一個(gè)有已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)位上安置基準(zhǔn)站接收機(jī)，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去，流動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)并快速求解整周模糊度，再通過(guò)相對(duì)定位模型，實(shí)時(shí)地計(jì)算所在點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的三維坐標(biāo)[2]。

3　RTK測(cè)圖實(shí)例

3.1測(cè)區(qū)概況

本次采用RTK技術(shù)完成某礦區(qū)地質(zhì)地形測(cè)量工作，測(cè)區(qū)位于河北省張家口市，東西寬400m，南北長(zhǎng)2 800m，作業(yè)面積1.20km2。作業(yè)區(qū)山勢(shì)呈南北走向，區(qū)內(nèi)東側(cè)部分地形較為陡峭，陡坎較多。作業(yè)區(qū)海拔1 414.2～1 551.5m，最大高差137m，屬于高山地貌。由于常年受風(fēng)雨侵蝕，區(qū)內(nèi)形成許多大小不等的沖溝。測(cè)區(qū)內(nèi)有零星的居民地，植被覆蓋密度不大。

3.2RTK技術(shù)外業(yè)工作內(nèi)容及質(zhì)量控制

(1) 已有控制點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)查看踏勘，保證控制點(diǎn)數(shù)量最少在4個(gè)以上，分布均勻， 能夠覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。

(2) 基準(zhǔn)站的布設(shè)?；鶞?zhǔn)站點(diǎn)位應(yīng)便于安置GPS接收設(shè)備和操作，視野開闊，遠(yuǎn)離大功率的無(wú)線電發(fā)射源，并遠(yuǎn)離高壓輸電線路，基準(zhǔn)站附近不得有強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的物體，基準(zhǔn)站的間距須考慮GPS電臺(tái)的功率和覆蓋能力，應(yīng)盡量布設(shè)在相對(duì)較高的位置，以獲得最大的數(shù)據(jù)通訊半徑。

(3) 基準(zhǔn)站設(shè)置。在已知點(diǎn)架設(shè)好GPS接收機(jī)和天線，嚴(yán)格按要求連接好一切連線后，打開接收機(jī)，正確設(shè)置基準(zhǔn)站坐標(biāo)、數(shù)據(jù)單位、尺度因子、投影參數(shù)和接收機(jī)天線高等參數(shù)。待電臺(tái)指示燈顯示發(fā)出通訊信號(hào)后，流動(dòng)站即可開展工作。

(4) 流動(dòng)站工作。通過(guò)手持控制器建立項(xiàng)目，正確設(shè)置流動(dòng)站對(duì)應(yīng)的儀器類型、電臺(tái)類型、電臺(tái)頻率、天線類型、數(shù)據(jù)端口、藍(lán)牙端口等參數(shù)。該參數(shù)必須與基準(zhǔn)站及電臺(tái)相匹配，用已知點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)校正，求定測(cè)區(qū)四參數(shù)及高程擬合。

(5) 地質(zhì)勘探線(點(diǎn))探槽線(點(diǎn))及鉆孔點(diǎn)放樣及測(cè)量。經(jīng)過(guò)點(diǎn)校正后，輸入地質(zhì)勘查人員提供該測(cè)區(qū)勘探線、探槽線、鉆孔點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，用RTK內(nèi)置的放樣功能進(jìn)行放樣，放樣后實(shí)時(shí)采集該放樣點(diǎn)平面位置坐標(biāo)及高程。個(gè)別勘探點(diǎn)(探槽點(diǎn))因地形限制而無(wú)法作業(yè)，高程根據(jù)地形圖生成等高線進(jìn)行圖解。

(6) 地形測(cè)量。本項(xiàng)目測(cè)圖比例尺1∶2000，結(jié)合委托方要求及測(cè)區(qū)地形特征條件，重點(diǎn)測(cè)繪的地形碎部點(diǎn)如下：地質(zhì)點(diǎn)、道路、漏斗、溝渠、電力塔、山脊線、山溝線、坡腳線、坡坎、變坡位置、獨(dú)立有標(biāo)志性地物等。碎部點(diǎn)采用RTK技術(shù)測(cè)量時(shí)，在測(cè)區(qū)中央地勢(shì)較高、衛(wèi)星條件較好、通信條件較好的地方設(shè)置RTK基站，各RTK統(tǒng)一設(shè)置測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)，RTK每次作業(yè)前后或作業(yè)間隙，均對(duì)基準(zhǔn)站及相應(yīng)流動(dòng)站的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，保持平面檢核精度＜5cm，高程精度＜10cm。

3.3RTK在地質(zhì)地形測(cè)量中的優(yōu)點(diǎn)

本次地質(zhì)地形測(cè)量投入RTK測(cè)量設(shè)備2臺(tái)套(1臺(tái)基準(zhǔn)站，1臺(tái)流動(dòng)站)，測(cè)量人員2名，16天時(shí)間圓滿完成測(cè)量任務(wù)，與常規(guī)測(cè)量方式比較RTK在地質(zhì)地形測(cè)量中有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 作業(yè)效率高。RTK一次設(shè)站即可測(cè)完3km半徑測(cè)區(qū)，減少傳統(tǒng)測(cè)量所需控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器“搬站”次數(shù)；RTK流動(dòng)站僅需1人操作，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)只需停留1～2s，就可完成作業(yè)，采用傳統(tǒng)測(cè)量方式一組需配合3人完成(觀測(cè)者、后視定向者、測(cè)站跑桿者)，每個(gè)測(cè)站點(diǎn)需觀測(cè)者照準(zhǔn)目標(biāo)后方可操作完成；結(jié)合以往作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，采用傳統(tǒng)測(cè)量方式(一個(gè)作業(yè)組)完成1.20km2地質(zhì)地形測(cè)量最少需35天，本次采用RTK技術(shù)測(cè)量16天即圓滿完成任務(wù)，大大提高了作業(yè)效率。

(2) 點(diǎn)位精度高，不會(huì)產(chǎn)生誤差積累。不同于全站儀等儀器存在多次“搬站”后誤差累積的狀況，只要滿足RTK基本工作條件，在一定作業(yè)半徑內(nèi)，RTK平面精度可達(dá)到±1cm+1ppm，高程精度達(dá)到±2cm+1ppm。

(3) 降低了作業(yè)條件要求，幾乎可以全天候作業(yè)。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視條件限制，因此受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小[3]，幾乎可以全天候作業(yè)。

4　RTK在地質(zhì)地形測(cè)量的不足及解決方法

(1) 受衛(wèi)星和天氣影響。在白天正午，受電離層干擾比較大，因此在共用衛(wèi)星數(shù)量比較少的情況下(不足5顆)，初始化時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)一直為浮點(diǎn)解，無(wú)法獲得固定解。建議多做經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，合理安排時(shí)間，對(duì)電離層干擾比較大時(shí)間段，提前做好圖根控制，采用全站儀配合進(jìn)行測(cè)量。

(2) 數(shù)據(jù)傳輸受干擾。RTK技術(shù)數(shù)據(jù)連接傳輸容易受到山體、高大建筑和各種高頻信號(hào)源的干擾，因此，在傳輸過(guò)程中，由于信號(hào)減弱，作業(yè)精度及半徑得不到保證。建議把基準(zhǔn)站布設(shè)在測(cè)區(qū)中間。

(3) 初始化的能力和所需時(shí)間問題。采用RTK作業(yè)時(shí)有時(shí)需要重新初始化，在初始化過(guò)程中受衛(wèi)星信號(hào)失鎖等因素的影響有時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)。建議盡量選用雙頻信號(hào)，初始化能力較強(qiáng)的儀器設(shè)備。

(4) 高程擬合問題。RTK在進(jìn)行點(diǎn)校正求定測(cè)區(qū)四參數(shù)及高程擬合，盡量選用數(shù)量較多，分布均勻，精度較高的已知控制點(diǎn)。建議在條件允許情況下，最好在測(cè)區(qū)選擇7個(gè)以上控制點(diǎn)，高程擬合參數(shù)類型為曲面擬合進(jìn)行點(diǎn)校正，不建議采用兩點(diǎn)求轉(zhuǎn)換參數(shù)去測(cè)量高程。

(5) RTK測(cè)量必須做到“機(jī)到人到”進(jìn)行測(cè)量，在無(wú)植被覆蓋山體陡峭地區(qū)，建議提前做好圖根控制，選用免棱鏡全站儀配合進(jìn)行測(cè)量。

5　結(jié)語(yǔ)

RTK測(cè)量技術(shù)是空間定位技術(shù)中一個(gè)新的里程碑，該技術(shù)也在各行業(yè)得到廣泛的使用。尤其是在地質(zhì)地形測(cè)繪工作中，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方式的不足，極大地提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)將會(huì)不斷地提升和改進(jìn)，該技術(shù)的功能和作用將會(huì)更進(jìn)一步完善和提高，在地質(zhì)測(cè)繪及其他領(lǐng)域中將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1]國(guó)家測(cè)繪地理信息局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.測(cè)繪綜合能力(注冊(cè)測(cè)繪師輔導(dǎo)教材)[M].北京:測(cè)繪出版社,2015.

[2]高紹偉,楊奎生.GPS與控制測(cè)量[M].北京:測(cè)繪出版社,2011.

[3]白立舜,張宏偉,聶敏莉.GPS PPK技術(shù)和GPS RTK技術(shù)在包頭市第二次土地調(diào)查中的應(yīng)用與對(duì)比分析[J].測(cè)繪通報(bào),2013 (7):53-57,60.

Application of RTK Technology in Geological and Topographical Survey

QUAN Cheng-long
(Sinoma Geological Engineering Explortaion Academy Co., Ltd., Beijing 100102, China)

With the continuous development of the society, the application of RTK survey technology is used more and more widely, involves in various industries. This paper briefly introduces the RTK survey principle and system, details the RTK technology in geological and topographic survey operation process and the advantages and disadvantages in the survey, and puts forward solutions to shortcomings.

RTK; base station; mobile station; geological and topographical survey

TP216

A

1007-9386(2016)03-0056-02

2016-05-26