對地質(zhì)勘察中RTK技術(shù)的論述

【摘 要】GPS RTK技術(shù)是地質(zhì)測量技術(shù)對傳統(tǒng)作業(yè)理念的更新，同時(shí)對勘察工程的布放和定位等測量手段、作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革。特別是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位RTK技術(shù)所具有的特點(diǎn)，極大地提高了工程測量的作業(yè)精度和效率。因此，在地質(zhì)勘察及其他工程測量方面得到了廣范的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】RTK技術(shù)；應(yīng)用；優(yōu)點(diǎn)；措施

引言

RTK測量技術(shù)地質(zhì)勘察中的應(yīng)用使得地質(zhì)測繪的精度、作業(yè)效率和實(shí)時(shí)性達(dá)到最佳的融合，極大地推進(jìn)了地質(zhì)測量技術(shù)的 發(fā)展，使地質(zhì)測量手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化，有力地促進(jìn)地質(zhì)測量的精確度和測量速度。

1 RTK測量的基本原理

常規(guī)的GPS測量，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得cm級(jí)的精度，而RTK又稱載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位基礎(chǔ)上的技術(shù)，是能夠在野外實(shí)時(shí)提供測量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)的cm級(jí)定位精度的測量方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了極高的外業(yè)作業(yè)效率。RTK測量系統(tǒng)的組成有以下幾部分：

1.1 GPS接收設(shè)備。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：即數(shù)據(jù)鏈，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的關(guān)鍵性設(shè)備。

1.3 軟件解算系統(tǒng)：對于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量結(jié)果的精確性與可靠性，具有決定性作用。

RTK定位技術(shù)的作業(yè)原理是將基準(zhǔn)站采集的GPS衛(wèi)星載波相位觀測量通過調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行編碼和調(diào)試，經(jīng)電臺(tái)數(shù)據(jù)鏈發(fā)射出去。而移動(dòng)站在對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測并采集載波相位觀測量的同時(shí)，也接收來自基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào)。移動(dòng)站再對所接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和實(shí)時(shí)分析處理，并根據(jù)給定的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，只要保證4顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的衛(wèi)星幾何圖形，移動(dòng)站便可實(shí)時(shí)給出cm級(jí)的定位結(jié)果。

目前國內(nèi)RTK產(chǎn)品主要配置為：一個(gè)基準(zhǔn)站加一個(gè)移動(dòng)站，移動(dòng)站也可根據(jù)用戶需要配置多個(gè)移動(dòng)站。基準(zhǔn)站主要由主機(jī)、電臺(tái)、發(fā)射天線和電瓶組成，移動(dòng)站為一個(gè)主機(jī)和一個(gè)電子手簿構(gòu)成，由于使用操作方便、效率高已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘察測量。

2 RTK新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

RTK技術(shù)有著一定局限性，主要表現(xiàn)為:（1）用戶需要架設(shè)本地的參考站；（2）誤差隨距離增長；（3）誤差增長使流動(dòng)站和參考站距離受到限制（<15km）；（4）可靠性和可行性隨距離降低。網(wǎng)絡(luò)RTK是信息變革中應(yīng)運(yùn)而生的全新的空間數(shù)據(jù)采集手段。它是結(jié)合了現(xiàn)代通訊技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)分發(fā)技術(shù)、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)及處理技術(shù)、虛擬參考站技術(shù)（VRS）以及現(xiàn)代大地測量技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的融合體，有效的解決了常規(guī)RTK的不足。

3 RTK技術(shù)在地質(zhì)勘察測量中應(yīng)用

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長和西部大開發(fā)的實(shí)施，近年來地質(zhì)礦產(chǎn)勘察進(jìn)入快車道，并迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。目前，煤炭勘察設(shè)計(jì)和地質(zhì)報(bào)告編制等技術(shù)工作已實(shí)現(xiàn)微機(jī)制圖，而有些軟件本身也要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持。建立勘察設(shè)計(jì)、施工測量、報(bào)告編制一體化的數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是地質(zhì)礦產(chǎn)勘察工程測量“內(nèi)外業(yè)一體化”的發(fā)展要求。工程測量技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造，而引入GPS技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。用靜態(tài)GPS定位測量的方法建立測區(qū)首級(jí)控制測網(wǎng)，使用電子全站儀完成勘探工程點(diǎn)線測放、鉆孔布設(shè)與定位、大比例尺地形測圖等的作業(yè)方式早已普遍應(yīng)用于礦產(chǎn)勘察工程測量中。雖然全站儀在工程測量中仍發(fā)揮著應(yīng)有的作用，但其測量方法受通視和距離等條件的限制，測站設(shè)置多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低的常規(guī)測量模式，已不能很好的應(yīng)對當(dāng)今綜合勘察區(qū)域范圍大、施工周期短、報(bào)告提交快等地質(zhì)勘探工程測量的要求。

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)是靜態(tài)GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，而工程測量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于RTK技術(shù)的應(yīng)用之中。RTK技術(shù)有實(shí)時(shí)快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位2種測量模式，2種定位模式結(jié)合使用，可以覆蓋綜合地質(zhì)勘探工程測量中測區(qū)控制點(diǎn)的建立、地質(zhì)勘探鉆孔布設(shè)與定位、地質(zhì)測繪（填圖）地質(zhì)及構(gòu)造點(diǎn)測定與地質(zhì)剖面實(shí)測、物理（地震、電法等）勘探工程點(diǎn)線測放、大比例尺地形測圖及施工監(jiān)理等所有作業(yè)內(nèi)容。由于RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量時(shí)間只需幾秒鐘就可以達(dá)到cm級(jí)的定位精度，且整個(gè)測量過程不受橫向通視限制，具有其他常規(guī)測量儀器設(shè)備不可比擬的特點(diǎn)，目前在煤炭勘察等一般工程測量中有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

4 RTK定位測量的優(yōu)點(diǎn)

4.1 在一般地形條件下，RTK設(shè)站一次即可完成半徑5km左右區(qū)域內(nèi)的定位測量工作，大大減少了傳統(tǒng)測量所需要的控制點(diǎn)數(shù)量和儀器搬站次數(shù)。作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了工作效率。

4.2 只要滿足RTK測量的基本條件，在有效作業(yè)半徑內(nèi)便可實(shí)時(shí)確定待定點(diǎn)cm級(jí)的三維坐標(biāo)。定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。

4.3 環(huán)境條件要求低。RTK技術(shù)幾乎不受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素影響和限制，只要接收衛(wèi)星信號(hào)和電訊數(shù)據(jù)傳輸正常，即可實(shí)現(xiàn)快速定位。

4.4 測量功能強(qiáng)大，自動(dòng)化、集成化程度高。RTK可勝任一般工程測量各種測繪內(nèi)、外業(yè)要求，基準(zhǔn)站初始化后，流動(dòng)站利用內(nèi)置軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測量功能，減少了人為誤差，保證了作業(yè)精度。

4.5 操作簡單，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡單的儀器設(shè)置，就可實(shí)現(xiàn)邊走邊獲得測量坐標(biāo)結(jié)果或進(jìn)行工程放樣。若輔助相應(yīng)的軟件，RTK能夠方便快捷地與計(jì)算機(jī)信息通訊，也可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢。

5 RTK技術(shù)的不足及應(yīng)對措施

RTK技術(shù)的出現(xiàn)，幾乎完全改變了傳統(tǒng)測量方法。然而RTK測量技術(shù)也存在一定的局限性，如高大建筑物或山體遮擋、強(qiáng)磁場干擾、太陽黑子及超遠(yuǎn)距離等因素都對測量質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，甚至無法測量。因此如何判斷觀測質(zhì)量，是RTK測量的重要環(huán)節(jié)。

5.1 受衛(wèi)星圖形狀況限制，在某一確定時(shí)間段不能很好地被衛(wèi)星覆蓋時(shí)容易產(chǎn)生假值。解決RTK測量產(chǎn)生假值問題的辦法可采用重測比較法（即作業(yè)開始前先重測1~2個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行檢核便可發(fā)現(xiàn)是否有假值產(chǎn)生），確認(rèn)無誤后再進(jìn)行正式測量作業(yè)。

5.2 天空環(huán)境影響。一般情況下中午前后共用衛(wèi)星數(shù)少，電離層折射干擾大，RTK初始化時(shí)間長，甚至不能初始化而無法進(jìn)行測量。環(huán)境影響問題可選擇有利的測量時(shí)間段，采取放棄上午11時(shí)后和下午2時(shí)前作業(yè)的方法加以解決。

5.3 數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受高頻信號(hào)源干擾，在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)受限制。解決的辦法是將基準(zhǔn)站設(shè)置在有效半徑控制范圍內(nèi)中央的最高點(diǎn)，并遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場。

5.4 高程異常問題。RTK測量要求高程轉(zhuǎn)換必須精確，而我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)存在較大誤差，有些地區(qū)甚至還是空白，這就使得GPS大地高轉(zhuǎn)換至海拔高的工作變得相當(dāng)困難，精度也不均勻。高程異常對于高精度測量有一定影響，而對于煤炭勘察工程測量而言可不必過分顧及，只要在作業(yè)時(shí)盡量多地聯(lián)測精度可靠的高程已知點(diǎn)進(jìn)行比對，并適當(dāng)縮小作業(yè)半徑，確保高程測量本身的觀測質(zhì)量達(dá)到最好，滿足地質(zhì)勘察工程定位對高程測量的要求一般問題不大。

6 結(jié)束語

GPS-RTK是空間定位技術(shù)的一個(gè)新的里程碑，它大大地提高測量效率并開拓GPS新應(yīng)用領(lǐng)域。GPS-RTK從根本上改變了測量工作的傳統(tǒng)作業(yè)方式，為地質(zhì)勘探測繪提供了十分有力的條件。使用GPS-RTK進(jìn)行地質(zhì)勘探測繪能縮短作業(yè)時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。相信隨著數(shù)據(jù)傳輸能力的增強(qiáng)、數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性、抗干擾性水平和軟件水平的提高，RTK技術(shù)將在地質(zhì)勘探測繪及其他領(lǐng)域得到更廣闊的應(yīng)用。