淺談RTK技術在礦山測量中的應用

劉明超

摘要:RTK技術是GPS測量技術發展中的一個新突破,在很多領域已得到廣泛的應用,目前在礦山測量中也有非常好的應用前景。文章闡述了RTK技術的原理和在野外測量作業中的實施,以及RTK應用中應注意的幾個關鍵技術及處理方法。

關鍵詞:GPS;RTK;野外數據采集

中圖分類號:TD17 文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)20-0054-01

常規的GPS測量方法,如靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度,而RTK(Real Time Kinematic)采用了載波相位動態實時差分方法,實時處理兩個測站載波相位觀測量,在野外實時得到厘米級定位精度,是GPS應用的重大里程碑。它的出現為野外勘探工程放樣、塌陷征遷理賠、地形測圖等礦山測量應用帶來了新曙光,極大地提高了外業作業效率。

1RTK技術的原理

高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值,RTK定位就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。在RTK作業模式下,將一臺接收機置于基準站上,基準站和流動站同時接收同一時間的GPS衛星發射的信號,基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較,得到GPS差分改正值。然后將改正值通過無線電數據鏈電臺或GPRS網絡及時傳遞給共視衛星的流動站,流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據,還要采集GPS觀測數據,并在系統內組成差分觀測值進行實時處理,得到經差分改正后流動站較準確的實時位置,給出厘米級定位結果,歷時一秒鐘左右。

RTK技術的關鍵在于數據處理和數據傳輸技術,RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據(偽距觀測值,相位觀測值)及已知數據傳輸給流動站接收機,數據量比較大,一般要求9600波特率以上的傳輸速率,這在無線電上不難實現。但由于無線電電臺一般傳播距離較短,覆蓋范圍小,受干擾大,當進行大范圍的測量工作時,需不停的更換基準站,不僅耗時而且費力,因此這種測量方法就受到了一定的限制。隨著科技的進步,數據傳輸技術也有了長足的發展,由原先的電臺傳輸發展到現在的GSM、GPRS無線網絡傳輸,大大提高了數據的傳輸效率、可靠性和范圍。RTK技術已由傳統的1+1或1+N發展到了廣域差分系統WADGPS,有些城市還建立起CORS系統(覆蓋全地區的參考站網),這就大大提高了RTK的測量范圍。RTK具有定位速度快,精度高,節省人力,全天候觀測,減輕觀測人員的勞動強度等諸多優點。

2Lecia流動站配置

2.1Lecia流動站硬件配置

以我單位為例,因鄰近顧橋礦已建立起徠卡GPS參考基準站,可完全覆蓋顧北井田范圍,于是采用TPS1200型全站儀升級的方式采購了徠卡流動站,利用GPRS互聯網連接的數據傳輸方式,這樣既節約了儀器配置經費,又克服了傳播距離短的限制,而且流動性極強。包括:天線、手機、對中桿、控制器、電池、充電器等。

2.2手簿設置

2.2.1 藍牙設置

打開手簿電源,點擊配置集→接口設置,smartantenna設置為藍牙1,用來連接ATX1230天線,波特率設為115200,8位數據位,1位停止位,打開天線電源,搜尋藍牙設備,連接成功后,GPS天線中間藍燈閃爍,且手簿上顯示藍牙1已連接。INTERNET設置為藍牙2,與藍牙手機連接,設置同上,流控制設為RTS/CTS。

2.2.2GPRS上網設置

實時接口設置為網絡1,設備:INTERNET,實時模式:流動站。參考站傳感器:GX1230,參考站天線:ATX1230 Smartstn。

2.2.3GPRS網絡連接

在中國移動開通GPRS包月上網數據服務,設置IP為基準站提示地址、 IP端口、連接類型等。

2.2.4建立本測區坐標系

由于儀器默認坐標系為WGS-84坐標系,顯示測點大地經、緯度值及大地高,使用中非常不便,故需建立測區地方坐標系。新建作業,輸入測區內已知等級控制點(三個以上)的成果資料,以作為測區坐標系的校正數據。再建一個作業,在測區控制點上WGS84坐標系下分別進行靜態GPS測量,保存數據。點擊測量應用程序→定義坐標系,輸入坐標系名稱、WGS84作業、地方坐標點作業以及轉換方法、轉換類型、高程模式即可。如果已知點精度很好,那么水平、垂直殘差會在5cm以內。如此 ,下次開機連接完畢后,輸入點名,代碼,測量方式,天線高,就可進行測量、放樣等工作了。

3Lecia流動站使用中的注意事項

RTK涉及載波相位模糊度的求解,評定RTK采集數據質量的好壞取決于三個主要因素:精度、可靠性及求得固定解的時間。根據本人的使用經驗,采集時應注意以下幾個技術問題:

3.1RTK初始化

在開始測量前,可先在某一已知點上,靜止地觀測幾分鐘,進行初始化工作。應盡量復測已測過的幾個點,以便檢查初始化、基準站和流動站的參數設置的正確性。因為當把接受機的數據傳輸到計算機中并進行數據處理時,接受機中的參數很容易改變,而野外測量時又很難知道實時測量結果是否正確。故需與已知點比對,進行初始化質量檢查。

3.2衛星信號失鎖

在觀測過程中,要保持對衛星的連續跟蹤。一旦發生失鎖,必須重新進行初始化。而采用藍牙數據傳輸又易斷開連接,因此手簿中可設置衛星失鎖自動報警,以進行提醒停止觀測。在衛星失鎖的地方,靜止地等待幾分鐘,直到重新連接,重初始化后,盡量回到附近已測過的點上進行復測,以便檢查RTK衛星信號的穩定性。

3.3RTK測量數據可靠性檢查

RTK測量的衛星信號受環境影響很大,穩定性較差,所以應進行數據可靠性檢查。打開配置集→測量設置→質量控制設置,進行CQ控制:平面及高程參數設置。在測量結束前,可在已測過的一個測點上進行快速靜態測量,實時解算整周未知數和測量點的三維坐標。因為靜態測量的穩定性和精度比動態測量要高,可進一步檢查測量結果。

參考文獻:

[1] 邵金強,羅斐.GPS—RTK技術在礦山測量中的應用[J].貴 州地質,2007,(4).