GPS—RTK技術在地質勘查工程測量中的應用

楊妮

摘 要：本文從理論方面較深層次講解了GPS-RTK測量系統的定位原理，其中還對GPS-RTK定位的優缺點重點介紹。

關鍵詞：GPS-RTK 載波相位 應用

中圖分類號：P25 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0030-01

GPS RTK技術是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術。它由GPS接收設備、數據傳輸系統和內嵌軟件構成，是一種全新的GPS定位測量方式，是GPS應用的重大里程碑。其工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于流動站上，通過差分處理求解載波相位的整周模糊度，實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位坐標。GPS RTK技術改變了傳統的測量模式，能夠實時地完成厘米級定位精度和不通視情況下遠距離測量坐標，且沒有累積誤差，測量精度較高。優點為工作模式簡單，需要不多的測量人員，定位速度快，操作簡便，綜合效益高等。地質礦產勘查測量是進行地質礦產建設的前提，其測量精度的高低、工作效率的快慢均對后續的礦產勘查工作帶來不小的影響。傳統的測繪技術，外業工作量極大，效率較低，且精度有時不能得到滿足。鑒于GPS RTK技術在各方面的優越性，其在地質礦產勘查測量工作中得到了廣泛的應用，主要表現在礦區控制點加密、地形測量、地質剖面測量、鉆孔、探槽等測量。

1 GPS-RTK簡介

1.1 GPS-RTK原理

GPS-RTK測量技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術，是GPS測量技術中的一個新突破，可在野外獲取點位厘米級的水平精度。其基本思想是：在基準站上設置一臺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，然后根據相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。

1.2 GPS-RTK優點

（1）測量過程直觀透明，可實時動態顯示測量成果。能夠及時查看坐標定位，并使三維實時動態放樣、快速成圖等問題得以解決。

（2）觀測時間短。在觀測條件良好時，可在2s～5s內求得高精度的測點三維坐標

（3）全天候作業。只要在測點能夠接收到4顆GPS衛星信號，則在任何時間連續地進行作業。

（4）操作簡便，自動化程度高，大幅度減少勞動工作量。GPS-RTK測量已基本實現了智能化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高，打開電源即可進行自動觀測。

（5）觀測站之間無需通視，適應各種地形。各站之間是相互獨立的觀測值，誤差不會積累傳播。

1.3 GPS-RTK數據處理

根據精度要求和實際情況、軟件的功能和精度，分析下載的數據，查看是否各測回值滿足要求，收斂誤差滿足要求等，點屬性是否齊全。當一個點或一組點成果經檢查達不到設計要求時，必須進行重測或補測。重、補測應按原設計方法、精度要求進行。對多測回數據求平均值后，編輯成一定格式，或制作表格直接輸出，或制成GIS數據源產品，提供GIS數據庫使用。

2 GPS-RTK測量在地質工程測量中的應用

由于GPS RTK測量具有精度高、效率高的優點，其在地質勘探工程可以完成多項工作。

2.1 控制測量

目前，GPS定位技術被廣泛應用于建立各種級別、不同用途的GPS控制網。在這些方面，GPS定位技術已基本上取代了常規的控制測量方法，成為了主要手段。與常規的方法相比，GPS在布設控制網方面具有測量精度高、選點靈活、不需要造標、費用低、全天候作業、觀測時間短、觀測和數據處理全自動化等特點。

2.2 野外大比例尺數字化地形圖測量

地質勘探工程所用圖大多是1∶2000或1∶1000地形圖。用傳統方法測圖，工作量大，速度慢，花費時間多；用RTK測繪，具有采集速度快，精度高的優點，大大降低了測圖的難度，省時又省力。

2.3 野外剖面測量

地質人員在大比例尺地形圖上標出地質勘探剖面后，測量員利用RTK測量就能很方便地實測并繪制出本條剖面圖，且精度較高。

2.4 勘探工程放樣測量

采用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 GPS-RTK的不足及解決辦法

（1）在山區和樹林較密地方使用RTK作業，有其局限性，主要表現在收不到基站信號或者時有時無、數據初始化慢且易丟失、測量用時較長。對于這種情況，主要解決的辦法：①要選好基站，要開闊，功率開到最大，電臺天線盡可能架高。②把移動站天線盡可能架高③架雙基站工作④聯合全站儀作業。

（2）天空環境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接收不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量，可見選擇作業時段的重要性。

（3）數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小的問題。RTK數據鏈傳輸易受到高大山體和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業精度和作業半徑。另外，當RTK作業半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機型在不同的環境又各不相同）時，測量結果誤差超限，所以RTK的實際作業有效半徑比其標稱半徑要小很多，工程實踐和專門研究都證明了這一點。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區中央的最高點上。

（4）初始化能力和所需時間問題。在山區、林區等地作業時，RTK衛星信號容易被阻擋、容易造成失鎖，采用RTK作業時有時經常需要重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強、所需時間短的RTK機型。

（5）高程異常問題。RTK作業模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，在有些地區還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相當困難，精度也不均勻。

（6）電池電量的影響。RTK耗電量比較大，電池容量小，作業時間不長久。有些條件困難地區，用電緊張，作業時間長了，就會導致沒電可用。而且電池電量不足，還會影響到RTK的發射、接收信號，導致作業效率低，成果精度不高。解決這類問題就是選擇可以外接電源的儀器，用電瓶代替普通的電池。

4 結語

GPS-RTK能實時地定位出所在位置的三維坐標，可直接進行實地實時放樣、控制測量、點位測量等。以其快速、高效、節省人力、不受天氣、地形和通視等條件的限制，被廣泛應用于地質、水文、公路等工程測量。

參考文獻

[1] 郭達志.礦山測量的昨天、今天和明天[C]//第七屆全國礦山測量學術會議論文集，2007（11）.