GS快速靜態(tài)和RTK在物探測(cè)量中的應(yīng)用

【摘要】GPS技術(shù)帶來了一次技術(shù)革新，打破了傳統(tǒng)測(cè)量方法的束縛。本文通過實(shí)例詳細(xì)介紹GPS快速靜態(tài)和RTK兩種技術(shù)方法在地質(zhì)調(diào)查物探測(cè)量方面的成功應(yīng)用。該方法相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量方法不但使測(cè)量成果精度高，而且顯著提高了工作效率，更重要的是提出了一種與眾不同的作業(yè)方法。

【關(guān)鍵詞】GPS快速靜態(tài)；RTK；物探測(cè)量

GPS系統(tǒng)的建立給測(cè)量工作帶來了巨大改變，可以成為是一次技術(shù)革新，打破了傳統(tǒng)測(cè)量方法的束縛。隨著GPS定位技術(shù)的日臻完善，高質(zhì)量、高自動(dòng)化、高精度、高效率低成本的優(yōu)勢(shì)更加明顯。目前地勘單位的測(cè)量隊(duì)伍已將該技術(shù)廣泛應(yīng)用到地形測(cè)量和地質(zhì)工程測(cè)量中。普遍使用的方法是靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量和RTK測(cè)量。尤其是后兩種作業(yè)方法更受測(cè)量技術(shù)人員的青睞。

1、工作原理

1.1 GPS快速靜態(tài)定位原理[1-4]

GPS快速靜態(tài)定位的工作原理是通過GPS接收機(jī)接收4顆以上衛(wèi)星信號(hào)，解算出衛(wèi)星到GPS接收機(jī)的距離，通過衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系的位置確定GPS接收機(jī)在該坐標(biāo)系中的位置，從而解算出多個(gè)GPS接收機(jī)的相對(duì)位置，達(dá)到相對(duì)定位的目的。GPS快速靜態(tài)定位是在兩個(gè)或多個(gè)已知點(diǎn)上架設(shè)GPS接收機(jī)，稱之為基準(zhǔn)站，在一個(gè)觀測(cè)單元內(nèi)，讓其連續(xù)運(yùn)行，另外一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)（流動(dòng)站）依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)十幾分鐘。不同的觀測(cè)單元間應(yīng)進(jìn)行重合點(diǎn)測(cè)量。然后內(nèi)業(yè)基于快速模糊度結(jié)算法（FARA）進(jìn)行基線結(jié)算，最后解算出各流動(dòng)站點(diǎn)在目標(biāo)坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

1.2 RTK工作原理[2]

RTK（Real Time Kinematic）是一種利用GPS載波相位觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的技術(shù)。其作業(yè)原理是：基準(zhǔn)站架設(shè)在已知或未知坐標(biāo)的參考點(diǎn)上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)時(shí)地把載波相位觀測(cè)值以及測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)信息、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和接收機(jī)工作狀態(tài)等信息通過數(shù)據(jù)通信鏈發(fā)送給流動(dòng)站。流動(dòng)站在接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)時(shí)，同步觀測(cè)采集GPS載波相位觀測(cè)值，通過RTK數(shù)據(jù)處理軟件求解載波相位整周模糊度，根據(jù)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的相關(guān)性，自動(dòng)求出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)，并估算其精度。

2、應(yīng)用實(shí)例

2012年我公司承擔(dān)了一項(xiàng)深部地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的物探測(cè)網(wǎng)布設(shè)工作。工作面積約1548km2 .工作總體目標(biāo)是通過對(duì)7條物探剖面進(jìn)行重力、磁法、電法三種物探方法測(cè)量，然后通過數(shù)據(jù)反演進(jìn)行深部地質(zhì)找礦方法研究。我們的具體任務(wù)就是對(duì)這7條物探剖面線上設(shè)計(jì)的剖面點(diǎn)進(jìn)行放樣并測(cè)定實(shí)際剖面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

2.1 控制測(cè)量

我公司在工作區(qū)內(nèi)布設(shè)了一個(gè)分別含58個(gè)D級(jí)和61個(gè)E級(jí)的兩個(gè)GPS控制網(wǎng)。兩控制網(wǎng)都是以邊連接方式布設(shè)的全面網(wǎng)。其中D級(jí)網(wǎng)網(wǎng)型強(qiáng)度極好，點(diǎn)位布設(shè)合理，基線長(zhǎng)度適中，滿足規(guī)范要求。E級(jí)點(diǎn)是成對(duì)布設(shè)的，即沿道路、溝谷、河流等將一對(duì)控制點(diǎn)布設(shè)在剖面線的兩側(cè)，一對(duì)點(diǎn)間距離500m以內(nèi)，間隔3-4km布設(shè)一對(duì)點(diǎn)。主要目的是為了便于物探剖面點(diǎn)的測(cè)設(shè)。

2.2 RTK測(cè)量方法

使用南方V8 GPS接收機(jī)，采用雙基站網(wǎng)絡(luò)-電臺(tái)相互切換的RTK測(cè)量模式進(jìn)行剖面測(cè)設(shè)。將兩臺(tái)基準(zhǔn)站（網(wǎng)絡(luò)和電臺(tái)兩種作業(yè)模式）分別架設(shè)在每天要工作的剖面線兩端的已知點(diǎn)上（一般間隔3-4km以內(nèi)），分別進(jìn)行基準(zhǔn)站連接，兩臺(tái)基準(zhǔn)站設(shè)置成不同的小組號(hào)和電臺(tái)頻道，在作業(yè)時(shí)移動(dòng)站根據(jù)信號(hào)接收情況變換設(shè)置不同小組號(hào)及電臺(tái)頻道，以便接收來自不同基準(zhǔn)站的差分信號(hào)。連接基準(zhǔn)站前打開手簿相應(yīng)的工作項(xiàng)目，檢查中央經(jīng)線投影參數(shù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)是否正確，檢查無誤后開始連接基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，流動(dòng)站到另一控制點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查合格后進(jìn)行剖面點(diǎn)測(cè)量。

2.3快速靜態(tài)測(cè)量方法

每天在待測(cè)剖面的兩端架設(shè)好RTK基準(zhǔn)站且流動(dòng)站到附近的另一點(diǎn)（因?yàn)镋級(jí)點(diǎn)都是成對(duì)布設(shè)的）檢查合格后，立即在該控制點(diǎn)上架設(shè)一臺(tái)GPS接收機(jī)，做靜態(tài)測(cè)量，為后續(xù)有可能做快速靜態(tài)測(cè)量做準(zhǔn)備。

剖面放樣時(shí)當(dāng)GPS網(wǎng)絡(luò)和電臺(tái)差分信號(hào)都無法接收到的地方，RTK流動(dòng)站的工作狀態(tài)一般為單點(diǎn)定位或偽距定位，平面定位精度一般在5米左右，但高程精度卻很低，達(dá)不到物探剖面測(cè)量的精度要求，這時(shí)就要采用快速靜態(tài)測(cè)量方法。此時(shí)先用RTK流動(dòng)站初步測(cè)設(shè)剖面點(diǎn)（這個(gè)過程只是實(shí)現(xiàn)剖面點(diǎn)的概略定位），釘下木樁或在基巖上噴涂標(biāo)志。然后將流動(dòng)站切換成為靜態(tài)觀測(cè)模式并將其架設(shè)在剛放樣的點(diǎn)位上進(jìn)行觀測(cè)，確保觀測(cè)的有效衛(wèi)星數(shù)量不少于5顆，數(shù)據(jù)采集間隔為5″，視點(diǎn)位情況而定連續(xù)觀測(cè)不少于10分鐘。此時(shí)該臺(tái)GPS接收機(jī)與先前架設(shè)的兩臺(tái)接收機(jī)構(gòu)成雙基準(zhǔn)站快速靜態(tài)測(cè)量模式，基線邊長(zhǎng)一般均小于3km。最后室內(nèi)將觀測(cè)的基線數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制網(wǎng)中進(jìn)行整體平差，解算出剖面點(diǎn)的平面坐標(biāo)和擬合高程，將其做為剖面點(diǎn)的最終成果。

結(jié)語：

（1）兩個(gè)RTK基準(zhǔn)站設(shè)置成不同小組號(hào)和電臺(tái)頻道的目的有兩個(gè)。其一是因?yàn)槠拭鏈y(cè)量時(shí)作業(yè)人員是分多組在即將測(cè)設(shè)的幾條剖面的兩端分別進(jìn)行測(cè)量，因此最好流動(dòng)站接收就近的基準(zhǔn)站的差分信息。其二是為了作業(yè)時(shí)自檢的需要，只有接收到不同基準(zhǔn)站差分信息的檢查才是正確的檢查方法。

（2）快速靜態(tài)測(cè)量方法其實(shí)是對(duì)RTK測(cè)量方法的補(bǔ)充，也可以說是一種備用方法。只有外部環(huán)境達(dá)不到RTK的工作條件時(shí)，才會(huì)啟用快速靜態(tài)測(cè)量，只有這樣才能獲得剖面點(diǎn)相對(duì)準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)，尤其是提高了高程測(cè)量的精度。

（3）野外工作時(shí)設(shè)置兩臺(tái)RTK基準(zhǔn)站及將快速靜態(tài)測(cè)量組合使用的測(cè)量方法是與眾不同的。不僅提高了工作效率，降低了工作成本，而且可以使正常工作和日常檢查同步進(jìn)行，減少了測(cè)量外業(yè)中的一個(gè)不可或缺的工作環(huán)節(jié)。

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作者簡(jiǎn)介：

焦寶文（1971～），男，滿族，遼寧綏中人，碩士研究生，測(cè)繪高級(jí)工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，主要從事工程測(cè)量和地質(zhì)測(cè)量方面的工作。