GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的運(yùn)用研究與分析

王胤博，雷延慶

（河南省地礦局測(cè)繪院，河南 鄭州 450000）

伴隨著科學(xué)技術(shù)和地質(zhì)工程測(cè)量行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的GPS技術(shù)在測(cè)量工作中的不足越來(lái)越明顯，受到的限制因素也越來(lái)越多。隨著新興市場(chǎng)業(yè)務(wù)如露天礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)控治理、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理以及勘測(cè)規(guī)劃的興起，GPS-RTK測(cè)量技術(shù)作為一種新興的測(cè)量技術(shù)，得到了廣泛的關(guān)注和高度的重視，GPS-RTK技術(shù)的使用可以有效解決傳統(tǒng)測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中的不足，減少傳統(tǒng)工程測(cè)量中的限制因素，提高地質(zhì)工程測(cè)量的作業(yè)效率和精度。

1 GPS-RTK技術(shù)分析

1.1 概念分析

GPS（全球定位系統(tǒng)）主要以衛(wèi)星作為核心，通過(guò)無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，該種技術(shù)具有全天候、全方位、高精度的特點(diǎn)，能為用戶(hù)提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時(shí)等信息。

RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）測(cè)量技術(shù)，通過(guò)載波相位觀測(cè)技術(shù)的運(yùn)用，可以在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分技術(shù)使用的同時(shí)進(jìn)行GPS測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用，這一技術(shù)作為GPS測(cè)量技術(shù)中較為常用的技術(shù)形式，在三維定位測(cè)量中其精度可以達(dá)到厘米的狀態(tài)，提高了地質(zhì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[1]。

1.2 GPS-RTK技術(shù)工作原理

GPS-RTK技術(shù)的工作原理，就是借助GPS技術(shù)、數(shù)控傳播技術(shù)，對(duì)基準(zhǔn)站采集到的載波相位數(shù)據(jù)進(jìn)分析，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)獲得高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)的技術(shù)。在結(jié)構(gòu)組成上主要包括基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和控制中心，同時(shí)在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站上安裝接收機(jī)，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)。在測(cè)量過(guò)程中，不同方位的接收機(jī)，均能實(shí)時(shí)接收同一GPS發(fā)射的信號(hào)，即使是處于限制因素較多的自然環(huán)境中，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，充分滿(mǎn)足現(xiàn)代地質(zhì)工程測(cè)量的需求，提高地質(zhì)測(cè)繪操作的靈活性和可靠性。

2 GPS RTK技術(shù)使用中面臨的問(wèn)題

2.1 衛(wèi)星狀況對(duì)其帶來(lái)的影響

在GPS-RTK技術(shù)使用的過(guò)程中，由于受到衛(wèi)星覆蓋范圍的限制，測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸中會(huì)出現(xiàn)假值的現(xiàn)象，而且，在一些偏僻的峽谷地區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)受到遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的限制因素較多，影響衛(wèi)星測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，使得地質(zhì)測(cè)繪的基本需求保證受到影響[2]。

2.2 大氣環(huán)境的影響

通過(guò)對(duì)GPS-RTK技術(shù)使用狀況的分析，當(dāng)系統(tǒng)在白天作業(yè)時(shí)，所檢測(cè)的脈沖電信號(hào)會(huì)受到電離層數(shù)據(jù)的干擾，影響衛(wèi)星工作的穩(wěn)定性，同時(shí)，在衛(wèi)星數(shù)量較少的狀態(tài)下，GPS-RTK技術(shù)會(huì)受到初始化的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程運(yùn)行的有效性，測(cè)量作業(yè)相對(duì)困難。因此，在GPS-RTK技術(shù)使用中，應(yīng)合理選擇測(cè)繪時(shí)間，盡量避免電磁波的干擾，適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，以保證地質(zhì)測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]，提高作業(yè)的效率和質(zhì)量。

3 GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的運(yùn)用

3.1 明確GPS-RTK技術(shù)的基本要求

為了提升地質(zhì)測(cè)量技術(shù)使用的便捷靈活性，實(shí)現(xiàn)GPS-RTK技術(shù)的高效運(yùn)用，滿(mǎn)足地質(zhì)測(cè)量的最終需求，在地質(zhì)工程測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)的使用應(yīng)明確以下標(biāo)準(zhǔn)：第一，提高觀測(cè)衛(wèi)星圖的強(qiáng)度。地質(zhì)測(cè)量中高強(qiáng)度的衛(wèi)星圖與衛(wèi)星的數(shù)量呈正比，在坐標(biāo)測(cè)算中，衛(wèi)星數(shù)量越多，測(cè)量出的數(shù)據(jù)精確度越高。第二，對(duì)于測(cè)量人員而言，在測(cè)量控制點(diǎn)的布設(shè)、基準(zhǔn)站的選擇、基準(zhǔn)參數(shù)的轉(zhuǎn)換以及儀器續(xù)航電力的保障等方面做好部署準(zhǔn)備。在整個(gè)測(cè)量工作中應(yīng)該提高自身的責(zé)任心，掌握 GPS-RTK技術(shù)的使用方法，結(jié)合地質(zhì)測(cè)量的實(shí)際條件進(jìn)行測(cè)量工作的構(gòu)建，以保證測(cè)量工作的專(zhuān)業(yè)性、測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。第三，在數(shù)據(jù)觀測(cè)中，施工人員應(yīng)該提高對(duì)復(fù)核內(nèi)容操作的認(rèn)知。由于GPS-RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)性高、測(cè)量快捷的優(yōu)勢(shì)，但是由于初始化執(zhí)行度的限制，在作業(yè)中若缺少有效復(fù)核，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。為了保證GPS-RTK測(cè)量的準(zhǔn)確性，測(cè)量人員應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)工程的特點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)算方案的研究，以滿(mǎn)足測(cè)量工作的高精度要求，提升地質(zhì)工程測(cè)量的整體價(jià)值[4]。

3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的測(cè)量

在地質(zhì)工程測(cè)量的過(guò)程中，通過(guò)GPS技術(shù)的運(yùn)用，可以對(duì)不同系統(tǒng)的坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量，而通過(guò)和RTK測(cè)量技術(shù)的結(jié)合使用，可以得到實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)檢測(cè)狀態(tài)，并形成獨(dú)立的坐標(biāo)，充分滿(mǎn)足坐標(biāo)轉(zhuǎn)化中的需求。為了充分發(fā)揮GPS-RTK技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中應(yīng)做到：第一，在GPS-RTK作業(yè)之前，要控制測(cè)區(qū)的靜態(tài)點(diǎn)，根據(jù)地方坐標(biāo)系統(tǒng)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)狀態(tài)，及時(shí)獲取所測(cè)位置的GPS點(diǎn)位，并實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，為坐標(biāo)轉(zhuǎn)化參數(shù)的測(cè)量提供支持。第二，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)化參數(shù)分析中，選擇一致控制點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)密度、分布狀態(tài)的分析，由于坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)與求解的質(zhì)量有著密切關(guān)系，因此，在基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)選定中，應(yīng)該將數(shù)據(jù)均勻的分布在測(cè)區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)GPS-RTK測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第三，在地質(zhì)工程測(cè)量中，應(yīng)該將數(shù)據(jù)測(cè)區(qū)的精準(zhǔn)點(diǎn)控制在3-6點(diǎn)之間，坐標(biāo)求解以及參數(shù)轉(zhuǎn)換中，應(yīng)該采用差異性的匹配方案，通過(guò)不同計(jì)算方法的運(yùn)用，對(duì)坐標(biāo)參數(shù)形式進(jìn)行分析，將測(cè)量結(jié)果的誤差控制在最低范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)參數(shù)確定的合理便捷性。第四，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)分析中，由于參數(shù)求解的精度以及已知點(diǎn)的坐標(biāo)精度狀態(tài)須得到合理分布，在坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)化中應(yīng)對(duì)區(qū)域性的具體內(nèi)容進(jìn)行分析，保證坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)化及求解的穩(wěn)定性[5]。

3.3 基準(zhǔn)站的設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)地質(zhì)工程測(cè)量狀況的分析,當(dāng)使用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，GPS衛(wèi)星通常應(yīng)該在2×104km的高空,衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)到接收機(jī)接受信號(hào),中間會(huì)經(jīng)過(guò)電離層、對(duì)流層等多種因素干擾，導(dǎo)致信號(hào)相對(duì)微弱，一般情況下所接收到的信號(hào)只有-50--180dB。而在GPS-RTK技術(shù)使用的過(guò)程中，由于該種檢測(cè)技術(shù)具有超高的電磁波，這種電磁波的傳輸距離與接受天線高度以及大氣的折射存在關(guān)聯(lián)性，因此，在GPS信號(hào)處理中，為了提高信號(hào)接收的有效性，應(yīng)該合理選擇基準(zhǔn)站的設(shè)計(jì)位置，有效提升數(shù)據(jù)信號(hào)接收的及時(shí)性和可靠性。在GPS-RTK技術(shù)使用的過(guò)程中，為了避免路徑因素的影響，基準(zhǔn)站周?chē)鷳?yīng)該避免出現(xiàn)大面積的信號(hào)反射物，主要是由于信號(hào)傳輸中，會(huì)受到多種因素的限制，若出現(xiàn)大面積的信號(hào)反射物，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和精準(zhǔn)度。同時(shí)，在GPS-RTK技術(shù)使用中，天線的設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量保持一定的高度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性。

3.4 作業(yè)半徑的設(shè)計(jì)分析

結(jié)合地質(zhì)工程測(cè)量的現(xiàn)狀，在GPS-RTK技術(shù)使用中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到作業(yè)半徑對(duì)測(cè)繪工作帶來(lái)的影響。對(duì)于作業(yè)半徑而言，主要是指移動(dòng)站離開(kāi)基準(zhǔn)站的最大距離，半徑的大小與基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)傳輸距離有著一定的關(guān)聯(lián)性，在GPS-RTK技術(shù)使用中，相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的速度以及精確度進(jìn)行分析，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。伴隨GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展以及測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新，地質(zhì)工程測(cè)量中應(yīng)在合理控制作業(yè)半徑的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大作業(yè)范圍，通常以10公里內(nèi)為最佳狀態(tài)，若在作業(yè)半徑選擇中遇到其他不可抗拒因素的影響，需要縮短半徑，以保證GPS-RTK測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在地質(zhì)工程測(cè)量行業(yè)發(fā)展中，為了保證地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)把具體的測(cè)量部署工作作為重點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量方案的研究、測(cè)量技術(shù)的分析、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)量技術(shù)的使用、基準(zhǔn)站設(shè)計(jì)方案的構(gòu)建以及作業(yè)半徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)等手段，充分發(fā)揮GPS-RTK技術(shù)作業(yè)效率高、定位精度高、自動(dòng)化程度高、限制條件少的特點(diǎn)，為地質(zhì)工程測(cè)量的發(fā)展提供技術(shù)強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。