GPS-RTK技術(shù)在哈日扎礦區(qū)詳查的應(yīng)用

張彩霞

(青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810029)

GPS-RTK是將GPS與RTK相結(jié)合的一種技術(shù)測量方式。全球定位系統(tǒng)(GPS)是由美國國防部建立的一個全方位、全天候、全時段、高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),為全球客戶提供低成本、高精度的三維導(dǎo)航信息,如位置,速度,和精確定時。RTK(實(shí)時運(yùn)動學(xué)、實(shí)時動態(tài)的)載波相位差分技術(shù),是實(shí)時處理兩個測站的載波相位差法觀測，將基站發(fā)送給用戶接收端采集載波相位，差解計(jì)算坐標(biāo)。這是一種新型的常用測量衛(wèi)星定位的方法,以前的靜態(tài)和動態(tài)測量都是通過事后計(jì)算之后得到厘米級精度,而RTK能夠得到厘米級的實(shí)時定位精度測量方法,它使用了動態(tài)實(shí)時載波相位差分法，是GPS應(yīng)用中一個重要的里程碑,它的出現(xiàn)為項(xiàng)目放樣、地形測圖、各種控制測量帶來了新的測量原理和方法，大大提高了工作效率。

本文以GPS-RTK測量技術(shù)在青海哈日扎礦區(qū)地質(zhì)詳查中應(yīng)用為例，例證了運(yùn)用 GPS-RTK在地質(zhì)勘查工作中進(jìn)行控制測量和地形測量，它不僅精度高，而且速度快。最終測量結(jié)果表明：GPS-RTK測量技術(shù)在地形復(fù)雜條件下的測量結(jié)果達(dá)到了規(guī)范要求，不但滿足地質(zhì)勘查工作的測量需求，而其大大地提高地質(zhì)工作者的工作效率。

1 哈日扎測區(qū)概況

哈日扎礦區(qū)位于東經(jīng)98(°)32(′)～98(°)38(′)，北緯35(°)52(′)～35(°)57(′)之間。東西寬約7.1 km，南北長約7.8 km，面積為30.0 km2，呈一不規(guī)則的帶狀形。測區(qū)內(nèi)山勢陡峭，地形破碎，且比高較大，人員行走困難，車輛難以通行，故給外業(yè)測繪工作帶來很大困難。測區(qū)地處鄂拉山南部，最低海拔為3 930 m的測區(qū)東邊緣(達(dá)拉龍洼)，最高為三等三角點(diǎn)大平山，海拔為4 767.8 m，相對高差約為840 m，平均海拔4 200 m，地勢起伏較大。

2 GPS RTK在哈日扎礦區(qū)的具體應(yīng)用

2.1 RTK一級控制測量

2.1.1 GPS RTK加密控制網(wǎng)的布設(shè)

1)Ⅴ礦帶RTK控制網(wǎng)的布設(shè)情況

在Ⅴ礦帶測圖范圍內(nèi)及周邊D級GPS控制點(diǎn)DH11，E級GPS控制點(diǎn)EH13、EH14、EH34、EH35、EH36、EH37共7個高等級控制點(diǎn)， V礦帶呈一帶狀圖形，長度為3 km，在以上平頂山、DH11控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上利用RTK控制測量的方法加密布測一級控制點(diǎn)8個，并聯(lián)測了E級GPS控制點(diǎn)作為檢核。

2)Ⅵ礦帶RTK控制網(wǎng)的布設(shè)

在Ⅵ礦帶測圖范圍內(nèi)及周邊有D級GPS控制點(diǎn)DH18，E級GPS控制點(diǎn)EH18、EH38、EH45、EH46、EH47、EH56共7個高等級控制點(diǎn)，在DH18控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上利用GPS-RTK方法加密布測一級控制點(diǎn)4個；并聯(lián)測了E級GPS控制點(diǎn)作為檢核。

3)高程施測

測區(qū)內(nèi)地勢陡峭，RTK控制點(diǎn)的高程，因測區(qū)面積不大，直接采用E級GPS控制網(wǎng)平差時的七參數(shù)測量出一級點(diǎn)的高程。

2.1.2 GPS-RTK點(diǎn)的埋石

1)控制點(diǎn)標(biāo)志的埋設(shè)

所有控制點(diǎn)均埋設(shè)了標(biāo)石，標(biāo)石規(guī)格為頂面15 cm×15 cm，底面25 cm×25 cm，高度不小于45 cm。

2)控制點(diǎn)之記的填寫

控制點(diǎn)之記在選點(diǎn)埋石結(jié)束后在現(xiàn)場繪制點(diǎn)之記草圖，并記錄填寫點(diǎn)之記的相關(guān)內(nèi)容，外業(yè)觀測時記錄地理坐標(biāo)、拍攝照片等，再在內(nèi)業(yè)電腦填寫最終點(diǎn)之記成果。

2.1.3 RTK加密控制外業(yè)觀測要求

①本次RTK測量采用單基準(zhǔn)站RTK模式測量。

②經(jīng)、緯度記錄精確至0.000 01，平面坐標(biāo)和高程記錄精確至0.001 m。天線高量取精確至0.001 m。

③一級點(diǎn)間距保持在400～500 m。

④施測RTK控制點(diǎn)時基準(zhǔn)站和移動站均架在三角架上，觀測時預(yù)設(shè)衛(wèi)星高度角為15(°)，觀測歷元間隔為3 s，歷元次數(shù)為20次，重復(fù)次數(shù)為3次，高程為七參數(shù)擬合成果。

⑤每個點(diǎn)觀測前后各量取天線高一次，讀至毫米，兩次量高之差不大于3 mm時取其平均值作為最后天線高。

⑥因本測區(qū)遠(yuǎn)離國家水準(zhǔn)網(wǎng)，且測區(qū)內(nèi)地形陡峭，高程采用已知點(diǎn)的擬合高程為起算數(shù)據(jù)。

⑦RTK高程控制點(diǎn)測量設(shè)置高程收斂精度不大于3 cm。

⑧RTK高程控制點(diǎn)測量流站觀測采用三腳架對中、調(diào)平，觀測歷元數(shù)每次不小于20，采樣間隔3 s，每次測量高程差不大于4 cm。

⑨以每次測量的高程取中數(shù)作為最終的結(jié)果

2.1.4 RTK加密控制成果的檢查

①檢查方法為在RTK控制點(diǎn)觀測的同時，另一臺基準(zhǔn)站在未知點(diǎn)上，待測點(diǎn)采用腳架配合對中桿，氣泡嚴(yán)格居中。觀測時預(yù)設(shè)衛(wèi)星高度角為15(°)，觀測歷元間隔為3 s，歷元次數(shù)為20次，重復(fù)次數(shù)為3次，高程為平面擬合成果。

②控制點(diǎn)檢查量為15點(diǎn)(包括圖根點(diǎn))，檢查比例為94%。

③控制點(diǎn)平面中誤差md=0.007 m,高程中誤差mh=0.015 m。

所有點(diǎn)誤差均在《規(guī)范》要求限差之內(nèi)，可作為本次測圖和地質(zhì)工程測量所需的起算點(diǎn)。

2.2 地形圖測繪

2.2.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

本次測圖外業(yè)碎部點(diǎn)采集全部RTK單基準(zhǔn)站測量的方法。首先將測區(qū)七參數(shù)、已知控制點(diǎn)的成果輸入RTK的手薄中，野外選擇地勢較高的開闊地上架設(shè)基準(zhǔn)站，在已知點(diǎn)上進(jìn)行校準(zhǔn)，并在另一已知點(diǎn)上進(jìn)行檢查，檢查無誤碼后開始采集碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)，每個點(diǎn)采集完并輸入碼，存入到手薄中的存儲介質(zhì)中。

2.2.2 地形測量

1)圖根點(diǎn)測量

根據(jù)實(shí)地測圖的需要，V礦帶施測2個圖根點(diǎn)，VI礦帶施測2個圖根點(diǎn)。另外所有基線點(diǎn)全部以圖根等級的精度要求進(jìn)行施測，所有基線點(diǎn)同時也是本次測圖的圖根控制點(diǎn)。 圖根點(diǎn)和基線點(diǎn)標(biāo)志因地制宜地采用木樁、刻石、油漆和埋石。 V礦帶在測圖范圍內(nèi)的埋石基線點(diǎn)有5個，VI礦帶在測圖范圍內(nèi)的埋石基線點(diǎn)有5個。RTK圖根點(diǎn)測量時，地心坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換采用E級GPS網(wǎng)平差計(jì)算時獲得的七參數(shù)。RTK圖根點(diǎn)高程的測定，用七參數(shù)直接測定。

在RTK圖根點(diǎn)觀測流動站時，采用三腳架對中、調(diào)平的方法。觀測歷元數(shù)為20，衛(wèi)星高度角為15(°)，重復(fù)2次。RTK圖根點(diǎn)處測量的平面坐標(biāo)變換殘差不應(yīng)大于圖上的±0.07 mm。RTK圖根點(diǎn)測量高程擬合殘差不大于1/10等高線間距。RTK圖根點(diǎn)測量平面測量兩個測量點(diǎn)的位置差不大于圖上±0.1 mm，高程測量各次測量高程較差≤1/10等高距，每個測量結(jié)果取中間值作為最終結(jié)果。

經(jīng)野外實(shí)地檢查，所有圖根點(diǎn)精度均在“規(guī)范”要求的誤差范圍之內(nèi)，可供地形圖碎部點(diǎn)采集及地質(zhì)工程點(diǎn)的測量所用。

2)碎部點(diǎn)測量

RTK測量碎部點(diǎn)的過程中，利用E級GPS網(wǎng)平差計(jì)算中得到的7個參數(shù)對地心坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。RTK碎部點(diǎn)高程的測定由7個參數(shù)直接確定。RTK碎部點(diǎn)測量平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差不應(yīng)大于圖中±0.1 mm。RTK碎部點(diǎn)測量高程擬合殘差不大于1/10等高線間距。RTK碎部點(diǎn)測量流動站觀測時使用固定桿高度對中桿對中、整平，觀測歷元數(shù)為1，衛(wèi)星高度角為10(°),重復(fù)1次。當(dāng)連續(xù)采集的一組地形碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量時，檢查已知點(diǎn)。當(dāng)圖上檢測點(diǎn)坐標(biāo)差不大于0.50 mm時，可以繼續(xù)測量。

將RTK地形測量場采集的數(shù)據(jù)及時從數(shù)據(jù)記錄儀中導(dǎo)出，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，同時對數(shù)據(jù)記錄儀內(nèi)存進(jìn)行整理。

RTK地形測量野外觀測記錄采用儀器內(nèi)置的存儲卡和數(shù)據(jù)采集器，記錄項(xiàng)目和結(jié)果輸出內(nèi)容如下:

a) 轉(zhuǎn)換參考點(diǎn)的點(diǎn)名(編號)、殘差和轉(zhuǎn)換參數(shù)；

b) 基準(zhǔn)站、流動站的天線高度和觀測時間；

c) 流動站的平面、高程收斂精度；

d) 流動站的平面和高程成果數(shù)據(jù)；

3 應(yīng)用效果

在哈日扎礦區(qū)詳查項(xiàng)目控制測量和地形測量工作環(huán)節(jié)中嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)書及各種規(guī)范作業(yè)，采用技術(shù)設(shè)計(jì)書中的最優(yōu)測量方法，測量次數(shù)優(yōu)于設(shè)計(jì)書作業(yè)。經(jīng)實(shí)地測量檢查V礦帶平面點(diǎn)51點(diǎn)，平面中誤差=±0.27 m，高程點(diǎn)170點(diǎn)，高程中誤差=±0.28 m；VI礦帶平面點(diǎn)27點(diǎn)，平面中誤差=±0.26 m，高程點(diǎn)78點(diǎn)，高程中誤差=±0.26m。各項(xiàng)誤差均符合《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》要求見表1、表2，1∶2 000地形圖碎部點(diǎn)點(diǎn)位測測設(shè)合理，采集密度達(dá)到成圖的要求，線條順暢，正確地反映了實(shí)地的地形及微貌，完全滿足詳查工作的需要。

RTK平面控制點(diǎn)測量主要技術(shù)要求應(yīng)符合“表1”規(guī)定。

表1 RTK平面控制點(diǎn)測量主要技術(shù)要求

RTK地形測量主要技術(shù)要求應(yīng)符合“表2”規(guī)定。

表2 RTK地形測量主要技術(shù)要求

4 結(jié) 語

近幾年來，由于GPS-RTK技術(shù)定位精度高、觀測時間短、操作簡便、點(diǎn)間無須通視、點(diǎn)位誤差不積累等優(yōu)點(diǎn)，在地質(zhì)測量工作中，得到了廣泛應(yīng)用；特別是在地形復(fù)雜、海拔高、通視困難的礦區(qū)，其優(yōu)越性更加突出，也大大降低了外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)計(jì)算的工作量。雖然GPS-RTK技術(shù)在開發(fā)的過程中得到了不斷改善和提高,但還是存在自身的局限性,例如,一旦操作半徑增加,GPS-RTK技術(shù)的精度將降低。若在一個茂密的森林礦區(qū)測量必須使用GPS-RTK測量與傳統(tǒng)方法相結(jié)合的方法,以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,所以我們需要不斷的測試和比較，將GPS-RTK存在的技術(shù)問題作為目前的一個突破點(diǎn)，逐步提高GPS-RTK測繪技術(shù)的精確性和可靠性，使GPS-RTK技術(shù)真正成為測繪的主力軍，發(fā)揮更重要的作用。