GPS快速靜態和RTK在物探測量中的應用

文/焦寶文 廣東省重工建筑設計院有限公司 廣東廣州 510670

GPS系統的建立給測量工作帶來了巨大改變，可以成為是一次技術革新，打破了傳統測量方法的束縛。隨著GPS定位技術的日臻完善，高質量、高自動化、高精度、高效率低成本的優勢更加明顯。目前地勘單位的測量隊伍已將該技術廣泛應用到地形測量和地質工程測量中。普遍使用的方法是靜態測量、快速靜態測量和RTK測量。尤其是后兩種作業方法更受測量技術人員的青睞。

1、工作原理

1.1 GPS快速靜態定位原理[1-4]

GPS快速靜態定位的工作原理是通過GPS接收機接收4顆以上衛星信號，解算出衛星到GPS接收機的距離，通過衛星在地心坐標系的位置確定GPS接收機在該坐標系中的位置，從而解算出多個GPS接收機的相對位置，達到相對定位的目的。GPS快速靜態定位是在兩個或多個已知點上架設GPS接收機，稱之為基準站，在一個觀測單元內，讓其連續運行，另外一臺或多臺接收機（流動站）依次到各點流動設站，每點觀測十幾分鐘。不同的觀測單元間應進行重合點測量。然后內業基于快速模糊度結算法（FARA）進行基線結算，最后解算出各流動站點在目標坐標系中的三維坐標。

1.2 RTK工作原理[2]

RTK（Real Time Kinematic）是一種利用GPS載波相位觀測值進行實時動態相對定位的技術。其作業原理是：基準站架設在已知或未知坐標的參考點上，連續接收所有可視GPS衛星信號，實時地把載波相位觀測值以及測站點坐標信息、衛星跟蹤狀態和接收機工作狀態等信息通過數據通信鏈發送給流動站。流動站在接收來自基準站的數據時，同步觀測采集GPS載波相位觀測值，通過RTK數據處理軟件求解載波相位整周模糊度，根據基準站和流動站的相關性，自動求出流動站的三維坐標，并估算其精度。

2、應用實例

2012年我公司承擔了一項深部地質調查項目的物探測網布設工作。工作面積約1548km2.工作總體目標是通過對7條物探剖面進行重力、磁法、電法三種物探方法測量，然后通過數據反演進行深部地質找礦方法研究。我們的具體任務就是對這7條物探剖面線上設計的剖面點進行放樣并測定實際剖面點的三維坐標。

2.1 控制測量

我公司在工作區內布設了一個分別含58個D級和61個E級的兩個GPS控制網。兩控制網都是以邊連接方式布設的全面網。其中D級網網型強度極好，點位布設合理，基線長度適中，滿足規范要求。E級點是成對布設的，即沿道路、溝谷、河流等將一對控制點布設在剖面線的兩側，一對點間距離500m以內，間隔3-4km布設一對點。主要目的是為了便于物探剖面點的測設。

2.2 RTK測量方法

使用南方V8 GPS接收機，采用雙基站網絡-電臺相互切換的RTK測量模式進行剖面測設。將兩臺基準站（網絡和電臺兩種作業模式）分別架設在每天要工作的剖面線兩端的已知點上（一般間隔3-4km以內），分別進行基準站連接，兩臺基準站設置成不同的小組號和電臺頻道，在作業時移動站根據信號接收情況變換設置不同小組號及電臺頻道，以便接收來自不同基準站的差分信號。連接基準站前打開手簿相應的工作項目，檢查中央經線投影參數、坐標轉換參數、控制點數據是否正確，檢查無誤后開始連接基準站和流動站，流動站到另一控制點進行檢查，檢查合格后進行剖面點測量。

2.3 快速靜態測量方法

每天在待測剖面的兩端架設好RTK基準站且流動站到附近的另一點（因為E級點都是成對布設的）檢查合格后，立即在該控制點上架設一臺GPS接收機，做靜態測量，為后續有可能做快速靜態測量做準備。

剖面放樣時當GPS網絡和電臺差分信號都無法接收到的地方，RTK流動站的工作狀態一般為單點定位或偽距定位，平面定位精度一般在5米左右，但高程精度卻很低，達不到物探剖面測量的精度要求，這時就要采用快速靜態測量方法。此時先用RTK流動站初步測設剖面點（這個過程只是實現剖面點的概略定位），釘下木樁或在基巖上噴涂標志。然后將流動站切換成為靜態觀測模式并將其架設在剛放樣的點位上進行觀測，確保觀測的有效衛星數量不少于5顆，數據采集間隔為5″，視點位情況而定連續觀測不少于10分鐘。此時該臺GPS接收機與先前架設的兩臺接收機構成雙基準站快速靜態測量模式，基線邊長一般均小于3km。最后室內將觀測的基線數據導入控制網中進行整體平差，解算出剖面點的平面坐標和擬合高程，將其做為剖面點的最終成果。

結語：

（1）兩個RTK基準站設置成不同小組號和電臺頻道的目的有兩個。其一是因為剖面測量時作業人員是分多組在即將測設的幾條剖面的兩端分別進行測量，因此最好流動站接收就近的基準站的差分信息。其二是為了作業時自檢的需要，只有接收到不同基準站差分信息的檢查才是正確的檢查方法。

（2）快速靜態測量方法其實是對RTK測量方法的補充，也可以說是一種備用方法。只有外部環境達不到RTK的工作條件時，才會啟用快速靜態測量，只有這樣才能獲得剖面點相對準確的三維坐標，尤其是提高了高程測量的精度。

（3）野外工作時設置兩臺RTK基準站及將快速靜態測量組合使用的測量方法是與眾不同的。不僅提高了工作效率，降低了工作成本，而且可以使正常工作和日常檢查同步進行，減少了測量外業中的一個不可或缺的工作環節。

參考文獻：

[1]徐紹銓，張華海.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社,2008.

[2]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理（第二版）[M].武漢：武漢大學出版社,2010.

[3]葉青，楊華先. GPS快速靜態測量技術在1：1000航測像控中的應用[J]. 地理空間信息 ,2009,7(3)：42-44.

[4]謝建春，陳同峰，宋朝輝，等. GPS快速靜態定位技術在地籍調查中的應用[J].地礦測繪 ,2010,26(4)：22-24.