GPS RTK技術性能及在地質勘查中的應用

郭 鑫，趙際新

吉林省有色金屬地質勘查局六〇四隊，吉林 吉林市132000

GPS RTK技術性能及在地質勘查中的應用

郭 鑫，趙際新

吉林省有色金屬地質勘查局六〇四隊，吉林 吉林市132000

主要介紹了技術及其快速靜態定位、準動態定位和動態定位三種定位模式。重點對GPS RTK 技術在地質找礦、工程測量中的勘探網及控制測量、地形測量、圖根控制點加密、勘探工程放樣、地質特征點采集、物化探測網和勘探線剖面測量等應用進行了分析。

GPS RTK技術；作業模式與應用；地質找礦應用

1 實時動態（RTK）定位技術簡介

實時動態 (Real Time Kinematic,簡稱RTK）測量技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS（RTD GPS）測量技術，它是GPS測量技術發展中的一個新突破。眾所周知，GPS測量工作的模式已有多種，如靜態、快速靜態、準動態和動態相對定位等。但是，利用這些測量模式，如果不與數據傳輸系統相結合，其定位結果均需通過觀測數據的測后處理而獲得。由于觀測數據需在測后處理，所以上述各種測量模式，不僅無法實時地給出觀測站的定位結果，而且也無法對基準站和用戶站觀測數據的質量，進行實時地檢核，因而難以避免在數據后處理中發現不合格的測量結果，需要進行返工重測的情況。

以往解決這一問題的措施，主要是延長觀測時間，以獲得大量的多余觀測量，來保障測量結果的可靠性。但是，這樣一來，便顯著地降低了GPS測量工作的效率。實時動態測量的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。

這樣，通過實時計算的定位結果，便可監測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，從而可實時地判定解算結果是否成功，以減少冗余觀測，縮短觀測時間。

RKT測量系統的開發成功，為GPS測量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對GPS測量技術的發展和普及，具有重要的現實意義。當然，這一測量系統的應用，也明顯地增加了用戶的設備投資。

2 RTK的作業模式與應用

根據用戶的要求，目前實時動態測量采用的作業模式，主要有：

2.1 快速靜態測量

采用這種測量模式，要求GPS接收機在每一用戶站上，靜止地進行觀測。在觀測過程中，連同接收到的基準站的同步觀測數據，實時地解算整周未知數和用戶站的三維坐標。如果解算結果的變化趨于穩定，且其精度已滿足設計要求，便可適時的結束觀測。采用這種模式作業時，用戶站的接收機在流動過程中，可以不必保持對GPS衛星的連續跟蹤，其定位精度可達1～2 cm。這種方法可應用城市、礦山等區域性的控制測量、工程測量和地籍測量等。

2.2 準動態測量

同一般的準動態測量一樣，這樣測量模式，通常要求流動的接收機在觀測工作開始之前，首先在某一起始點靜止地進行觀測，以便采用快速解算整周未知數的方法實時地進行初始化工作。初始化后，流動的接收機在每一觀測站上，只需靜止觀測數歷元，并連同基準站的同步觀測數據，實時地解算流動站的三維坐標。目前，其定位的精度可達厘米級。該方法要求接收機在觀測過程中，保持對所測衛星的連續跟蹤。一旦發生失鎖，便需重新進行初始化的工作。準動態實時測量模式，通常主要應用于地籍測量、碎步測量、路線測量和工程放樣等。

2.3 動態測量

動態測量模式，一般需首先在某一起始點上，靜止地觀測數分鐘，以便進行初始化工作。之后，運動的接收機按預定的采樣時間間隔自動地進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時地確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可達厘米級。這種測量模式，仍要求在觀測過程中，保持對觀測衛星的連續跟蹤。一旦發生失鎖，則需重新進行初始化。這時，對陸上的運動目標來說，可以在衛星失鎖的觀測點上，靜止地觀測數分鐘，以便重新初始化，或者利用動態初始化（AROF）技術，重新初始化，而對海上和空中的運動目標來說，則只有應用AROF技術，重新完成初始化的工作。

實時動態測量模式，主要應用于航空攝影測量和航空物探中采樣點的實時定位，航道測量，道路中線測量，以及運動目標的精密導航等。

目前，實時動態測量系統，已在約20 km的范圍內，得到了成功的應用。相信隨著數據傳輸設備性能和可靠性的不斷完善和提高，數據處理軟件功能的增強，它的應用范圍將會不斷地擴大。

3 RTK技術在地質勘查測量中的應用

地質勘探測繪是為地質勘探工程設計、研究底層構造、計算礦體地質儲量和編寫地質報告提供基礎資料的工作，是地質勘探工作中的一個重要組成部分。GPS RTK可用于地質勘探測繪中的勘探網及控制測量、地形測量、圖根控制點加密、勘探工程放樣、地質特征點采集、物化探測網和勘探線剖面測量等工作。

3.1 地質勘探網及控制測量

地質工程勘探網通常由基線和與之相垂直的若干勘探線所組成。GPS RTK 的測量精度、速度和經濟效益都較好，GPS RTK 將會逐步替代常規控制測量方式成為各地質勘探網及其控制網建立的主要手段。根據工程經驗：邊長在 10～15 km的 GPS 基線向量，如果觀測時刻的衛星很多和外部觀測條件好，可采用快速靜態定位模式。如果在平原開闊地區，可嘗試 RTK模式；邊長為 5～10 km 的二、三、四等基本控制網，可優先采用 GPS快速靜態定位模式。設備條件許可和外部觀測環境合適時，也可使用 RTK 測量模式；邊長小于 5 km的控制網基線，則根據具體條件和要求選用 RTK方法和快速靜態定位方法。

3.2 地形測量

地質勘探工程所用圖大多是1：2 000或1：1 000地形圖。用傳統方法測圖，工作量大，速度慢，花費時間多；用GPS RTK測繪，具有采集速度快，精度的優點，大大降低了測圖的難度，省時又省力。同全站儀一樣，RTK 測量單點的時間都只要幾秒到幾十秒。但 GPS RTK 測量技術不要求通視和頻繁地換站，而且可以多個流動站同時工作。與全站儀相比，采用 RTK 方式進行地形測量的速度會更快，作業的效率會更高（時間約可節省一半以上）。在地質找礦所需的大比例尺地形測圖中，在地形條件較好的情況下（主要指相對高差較小、坡度不陡和接收衛星信號好、無線連接以及無死角），可直接利用 GPS RTK采集各地物地貌要素。但在地形條件不理想的狀況下，測繪工作人員還需將 GPS RTK 和全站儀配合起來采集地形要素。

3.3 圖根控制點加密

在測區首級控制網建立好后，為了便于施測大比例尺地形圖和工程放樣的需要，還要在首級控制網的基礎上布設圖根控制網。如果用傳統方法布設(如使用全站儀)，工作量大、速度慢、時間長，并且測量結果和精度必須經室內計算平差后才能知道。采用 GPS RTK動態測量系統建立測區圖根控制網，能夠實時獲得圖根點的坐標。當達到要求的點位精度，即可停止觀測，大大提高了作業效率。由于點與點之間不要求必須通視，只要求相鄰兩點之間通視就可以了，使得測量更簡便易行。

3.4 勘探工程放樣

采用GPS RTK測量技術進行放樣，只需將所要放樣的坐標輸入RTK手簿中，系統就會定出放樣的點位。

3.5 地質特征點采集

地質勘查中，通常需要對地表的一些地質特征點進行實地坐標采集，像探槽的端點、物化探異常點、鉆孔位置等。和工程放樣一樣，如果用全站儀在作業區控制點少、地形復雜的情況下很難實現，采用 GPS RTK在測區首級控制網的基礎上使用簡單的數據采集功能就可輕松完成。

3.6 物化探測網

傳統的物化探布網是采用基線加測線的方法，首先利用全站儀在測區控制網的基礎上把每條測線的兩個端點(即基線點)先測定出來，然后再利用全站儀在這些基線點的基礎上把每條測線的全部測點都測定出來。這種方法工作量大，效率低。采用 GPS RTK作業，就可以很容易完成這項工作。GPS RTK測量系統有一種線放樣功能，只要把一條線段的兩個端點坐標輸入手簿，線放樣功能就會自動把這條線段上需要每隔一定距離的測點位置自動標定出來，從而可以輕松實施放樣，當然在放樣基線點的時候時間要長一些，放樣測線點的時候時間可以短一些。

3.7 勘探線剖面測量

地質鉆孔基本上都要設立在勘探線上，為此需要作勘探線剖面測量。要能為勘探設計、工程布設、儲量計算和綜合研究提供準確的基礎資料，勘探線剖面測量應嚴格按規范要求及礦區設計要求去完成。傳統的勘探線剖面測量是由地質工作人員布設剖面起始點，測量人員由起始點按剖面設計方向定線，沿給定的方向線上測定剖面測站點、剖面點（包括工程位置點、地質點、地物點、地貌變換點）以及剖控點。因此，如果地質工作人員能夠學會操作 GPS RTK，則完全可以由此一人利用 GPS-RTK的放樣功能完成勘探線剖面測量。

4 結語

（1）小范圍(<50 km2)地質勘查項目建立測量控制網時，為了確定礦區邊界(采礦邊界和探礦邊界)，測區地方獨立坐標系的選擇應遵循以下原則:當長度投影變形值不大于2.5 cm/km時，應采用高斯正形投影國家統一3°帶的平面直角坐標系統;長度投影變形值大于2.5 cm/km時，應采用投影于抵償高程面上的高斯正形投影國家統一3°帶的平面直角坐標系統。

（2） GPS RTK作業，每個點的誤差均為不累積的隨機偶然誤差，外業操作簡單，能夠滿足快速求得厘米級精度的測量要求。對使用者來說，RTK作業最關鍵的環節是確定坐標系統轉換參數。根據筆者近幾年的經驗，坐標系統轉換參數最好用GPS靜態相對定位無約束平差所獲得的WGS-84平差坐標配合測區地方獨立坐標系坐標來求解。

（3）小范圍(<50 km2)地質勘查測量項目，可以用GPS水準測量方法建立測區高程控制網。如果測區采用獨立高程系統，各控制點間的相對高差精度能夠達到四等水準測量的精度。如果測區高程系統還要用GPS水準測量方法和國家高程網聯測，在聯測點精度滿足三等水準精度并且聯測距離<10 km的情況下，GPS水準高程同樣能達到四等水準測量的精度;在聯測精度滿足四等水準精度并且聯測距離在，10～20 km范圍內，GPS水準高程能夠達到等外水準的精度。

[1] 徐紹銼,張華海,楊志強等. GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社,2008.

[2] 南親江,丁莉東. GPS-RTK 在地質勘探工程測量中的應用[J].能源技術與管理.2008,6:7-9.

GPS RTK technical function and application in geological exploration

GUO Xin, ZHAO Ji-xin
Team 604, Bureau of Non-ferrous Metals Geological Exploration of Jilin Province, Jilin 132000 , Jilin, China

The GPS RTK technology and its rapid static positioning, the quasi dynamic positioning and the dynamic positioning of three location models are mainly introduced. They analyze the application of the GPS RTK technology in geological prospecting, the prospecting network and control surveying, in engineering measurement, topographic surveying, mapping control point encryption, lofting of exploration engineering, acquisition of geological feature point, geophysical and geochemical exploration and prospecting line prof le measurement, and so on.

GPS RTK technology; work model and application; application in geological prospecting work

P228.4

：B

1001—2427（2013）04 - 164 -3

2013-09-05;

2013-11-20

郭 鑫（1985—））, 男 , 吉林琿春人 , 吉林省有色金屬地質勘查局六〇四隊助理工程師.