GNSSoRTK技術在地質礦產勘查測量中的應用

■王世平

（甘肅省地質礦產勘查開發局第三地質礦產勘查院 甘肅蘭州 730050）

GNSSoRTK技術在地質礦產勘查測量中的應用

■王世平

（甘肅省地質礦產勘查開發局第三地質礦產勘查院 甘肅蘭州 730050）

GNSS已在城市建設、工程和資源勘測等多個領域得到了廣泛應用。GNSS·RTK定位技術以其測量精度高、測量時間短等優勢在GNSS定位領域獨樹一幟。文章對GNSS·RTK定位技術的工作原理做了相應闡述，對影響RTK定位精度的主要因素進行了分析，結合實際應用對RTK技術在地質礦產勘查測量中的應用加以總結，展現了該技術在地質礦產勘查領域廣闊的應用前景。

GNSS·RTK地質勘查測量應用

GNSS（Global Navigation Satellite System）即全球導航衛星系統，具有高效、準確、全球等特點，從其誕生之初就給社會許多行業帶來了深遠影響。GNSS主要包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的北斗等多個定位系統，其中以GPS系統最為成熟。

1 GNSS·RTK定位測量

1.1 GNSS·RTK測量系統的組成

RTK測量系統一般由三部分組成：（1）GNSS接收設備,其作用是接收衛星信號和進行接收設備之間信號的差分，接收設備有基準站和流動站之分。（2）數據傳輸設備：即數據鏈，其作用是實現基準站和流動站之間數據的傳輸，數據鏈由調制解調器和電臺組成。（3）軟件解算系統：其作用是保障實時動態測量結果的精確性與可靠性，是GNSS·RTK測量系統的重要組成部分。

1.2 GNSS·RTK定位技術的作業原理

RTK（Real Time Kinematic）技術又稱載波相位動態實時差分技術，通過對兩測站的載波相位觀測值進行實時處理，能夠實時提供測量點在指定坐標系中的三維坐標，并能達到厘米級的精度。其作業原理是基準站通過數據鏈實時將其載波相位觀測值及基準站坐標信息一起傳送給流動站，流動站通過解調得到基準站的載波相位觀測量，再利用OTF技術對由基準站和流動站采集的載波相位觀測量

組成相位差分觀測值，通過實時處理確定流動站的坐標。只要能保證4顆以上衛星的跟蹤，流動站就可根據給定的轉換參數進行坐標系統的轉換，從而實時給出指定坐標系中的定位結果。

2 影響GNSS·RTK定位精度的因素

2.1 與接收機有關的誤差

2.1.1 接收機安置誤差

接收機安置誤差就是接收機天線相位中心相對于測站位置中心標石的偏差。包括天線的整平和對中誤差以及天線高的量測誤差。在實際作業中作業員可以通過認真細致的操作減少其影響。

2.1.2 天線相位中心位置偏差

天線相位中心位置偏差就是觀測時天線相位中心的瞬時位置與理論上的相位中心不一致而產生的偏差。減少天線相位中心位置偏差是天線設計的一個重要問題。

2.2 與信號傳播有關的誤差

2.2.1 電離層折射誤差

電離層折射誤差就是當GNSS信號通過電離層時，信號的傳播路徑和速度發生變化，導致衛星到接收機的幾何距離與信號的傳播時間與真空中光速的乘積不一致而產生的誤差。電離層折射誤差可通過雙頻觀測、加入電離層改正模型、同步觀測求差的辦法加以消除。

2.2.2 對流層折射誤差

對流層折射誤差就是當GNSS信號通過對流層時，信號的傳播路徑發生彎曲，從而使測量距離產生的偏差。對流層折射與地面氣候、氣壓、溫度、濕度等有密切關系。對流層折射誤差可通過加入對流層折射改正模型、同步觀測求差的方法加以消除。

2.2.3 多路徑效應誤差

多路徑效應誤差就是當接收機周圍有高大建筑物或大面積水域時，信號的反射波在進入接收機時與直接來自衛星的信號產生干涉，從而使觀測值偏離真值而產生的誤差。多路徑效應誤差取決于天線周圍的環境。多路徑效應誤差可通過遠離高大建筑物、大面積水域、天線中設置抑徑板等方法消除。

2.3 觀測方案引起的誤差

觀測方案對RTK測量結果有很大的影響。觀測方案主要包括基準站位置的選擇，參與參數轉換控制點的選取，觀測次數等。為了減少由觀測方案引起的誤差，可以采取以下措施：基準站應盡量設在視野開闊的較高位置，適度提高發射天線高度；求取轉換參數的控制點盡量選擇等級較高或經過統一平差的控制網內的GNSS點；根據衛星星歷預報，選擇適當時段進行測設；延長每個測站的觀測時間；作業半徑保持在規定范圍內等。

3 GNSS·RTK技術在地質礦產勘查測量中的應用

2013年6月到8月，在對甘肅省宕昌縣竹院北礦區實施1: 2000數字化地形圖測量及地質勘探工程測量時，充分利用GNSS· RTK技術的優點，外業測量工作全部采用RTK技術完成。竹院北礦區地處隴南山區，山勢陡峻，夏季多雨，海拔2000-2600m，相對高差600m，如果用傳統作業方法，開展礦區測量工作將是困難重重的，因為傳統作業方法首先要解決通視問題。采用GNSS·RTK技術不需要考慮通視情況，只要有衛星信號，就可以求得高精度的點位坐標。

竹院北礦區的測量工作涵蓋了地質礦產勘查測量的方方面面（坑道測量用甲方的成果，為了資料的統一，對坑道數據進行了坐標系的轉換）。首先進行的是礦區控制測量，在礦區周圍國家D級控制點的基礎上布設了E級控制網，加密E級控制點5點，礦區測量工作是在E級控制點的基礎上完成的。

GNSS·RTK技術在竹院北礦區地質勘查工作中的主要應用如下：

3.1 圖根控制測量

圖根控制是為滿足礦區地形圖測量而實施的。在解類型為“固定”解的情況下，GNSS·RTK測量所得坐標數據的定位精度可以達到5厘米，其測量精度完全滿足一般圖根控制點的精度要求，而且誤差不積累。在竹院北礦區應用GNSS·RTK技術布設了圖根控制點11點。這樣不僅方便快捷，也保證了相對高的精度。

3.2 地質工程點定位測量

地質工程是地質勘查過程中布設的各種探礦工程，一般有探槽、鉆孔、淺井、硐探等地質工程。礦區共測量探槽7條、放樣鉆孔6點、探硐硐口4點，全部采用GNSS·RTK技術施測完成。竹院北礦區地形復雜、山勢陡峻等因素嚴重影響通視情況，應用GNSS·RTK技術，測量工作收到了事半功倍的效果。

3.3 地質基線、剖面線測量

地質基線、剖面線按照一定點距、線距及方位在實地放樣，是地質人員參考礦體的走向、傾角等因素決定的。應用GNSS·RTK技術，就要先計算好每條地質基線、剖面線上放樣點的理論坐標，再把放樣數據按照一定格式導入GNSS手簿，然后在實地按照RTK的“點放樣”或“線放樣”功能逐點放樣。放樣完成后再采集該點的實地坐標。竹院北礦區施測基線2條共840米，施測勘探線剖面23條共7660米。應用GNSS·RTK技術，所放樣地質基線的距離誤差、剖面線的方位角誤差都是很小的，較傳統常規測量方法如經緯儀、全站儀等施測表現出了很大的便捷性和可靠性。

3.4 地形測量

對于勘查程度達到詳查的礦區，一般要進行大比例尺地形圖的測量。GNSS·RTK技術在地形圖的測量中較少受地形條件的限制，只要能接收到衛星信號（最少4顆衛星），就可以得到較高精度的點位坐標。對于受地形條件限制接收不到基準站信號的地方,可以采用給基準站遷站重新求取轉換參數再施測的辦法。竹院北礦區共施測1:2000地形圖2.77平方公里。采用GNSS·RTK技術，測圖的效率得到很大提高。

3.5 其他有關應用

在礦區地質填圖及物化探工作中，地質人員經常使用手持GPS進行定位。RTK技術除可以運用于手持GPS的點位校正外，還可以直接代替手持GPS，不僅具有手持GPS方便快捷的優點，還可以達到比手持GPS更高的精度；RTK手簿還有記錄、計算、導航等功能，給地質勘查工作帶來了很大的方便。

4 地質勘查測量中坐標系的轉換

在地質勘查工作中，地質人員經常需要當地坐標系（北京54或西安80）成果，這就需要對采集的84坐標系成果進行轉換。坐標系轉換的常用方法有四參數轉換和七參數轉換。對于較小面積（經驗值為20*20km2）的測區，可以采用四參數，對于較大面積測區采用七參數轉換效果較好。現在一般的測量軟件都有坐標系轉換的功能，這里就不加詳述。

5 結語

GNSS·RTK技術相對于傳統測量方法有著很大的優勢，其定位精度高、誤差不積累、觀測時間短、操作方便等特點，使測量工作的作業效率和精度都得到了很大的提高。但在地質勘查測量中GNSS· RTK技術也有一些局限性：測區如果相對高差較大，較高的山體會“隔斷”基準站和流動站之間的信號，從而使流動站的“解類型”為單點，使采集的數據質量下降，為了提高測量數據的采集質量就要盡量架高基準站的天線或者考慮“遷站”；在樹葉茂密的林區，受多路徑效應的影響，流動站的信號質量會大大下降，“解類型”為單點或者衛星信號“失鎖”，這時就要用其他測量手段配合等。隨著GNSS· RTK技術的逐步完善，特別是隨著我國“北斗”導航衛星系統的建成和投入使用，軟硬件設施的逐步更新，其在地質勘查及其他測量領域將得到更加廣泛的應用。

[1]胡伍生、高成發、施一民 《GPS測量原理及其應用》 [M]人民交通出版社，2010年7月.

P5[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-149-2

王世平（1970～），男，測繪工程師，研究方向為野外測繪。