淺談GPS RTK技術在地質工程測量中的應用

鄒甜

摘要：隨著測繪技術的長足發展，不斷涌現的新儀器、新方法、新技術逐步取代了傳統光學儀器。目前在基礎測繪方面，GPS-RTK成為工程人員首要的選擇。其能夠克服GPS的作業時間長、數據需要進行內業處理等缺點，具有全天候、高精度、無需光學通視的特點，而且還可以為測量提供實時的定位結果。本文對GPS-RTK技術原理及其在地質工程測量中的應用進行分析。

關鍵詞：GPS-RTK；工程測量；應用

1、GPS-RTK技術工作原理

RTK即載波相位差分技術，可以對規定坐標系的三維坐標實時測量。高精度GPS測量技術的實現需要應用載波相位觀測值，而RTK技術則是建立于載波相位觀測值基礎上的一種實時動態定位技術，其測量精度可以達到厘米級。在靜態相對定位測量作業中應用GPS-RTK技術，可以對多種高精度要求的測量作業進行控制測量，并能夠實時獲得定位結果及其精度，極大提高了測量效率。GPS-RTK的組成部分主要包括GPS接收機、基準站、流動站，實時差分軟件系統與數據鏈等。在工作過程中，首先將一臺GPS接收機安裝到基準站上，然后將另外幾臺接收裝置設置在流動站上，流動站和基準站可以在同一時間內對GPS發射信號進行接收，然后將已經知道的位置信息和基站得到的觀測值進行對比，求出GPS差分改正值，使用無線電數據鏈電臺將信息GPS觀測值傳遞給衛星流動站，通常情況下流動站和基準站要同時觀測衛星要在四顆以上。使用流動站進行測量可以將定位結果精確到cm級。

2、GPS-RTK技術在地質工程測量中的應用

2.1控制測量

工程控制網是工程建設、管理和維護的基礎，其網型和精度要求與建設工程項目的性質、規模等密切相關。傳統方法采用三角網、導線網來實施，其大多數需要分段測量，有精度分布不均勻、不能實時知道實測精度等缺點，由于客觀及主觀原因，往往會造成大量的返工，費工費時。RTK技術可以代替全站儀進行圖根導線測量，所測范圍內在不通視的情況下測定無積累誤差的圖根點，使測圖所需的根點數量在滿足要求時，可多可少，機動靈活，而且流動點至參考點的距離可達到10km，能夠減少傳遞。RTK技術用于常規工程測量具有很大優越性。

2.2地形測量

應用實時GPS動態測量，測得碎部點的數據，在室內即可由繪圖軟件成圖。GPS-RTK技術測量地形圖的方法如下：1）GPS基準站的架設。①根據作業區面積、地形地貌和數據鏈的通訊覆蓋范圍，選擇合適的地方架設GPS基準站。GPS基準站的架設地點要求地勢相對較高，周圍無高度角超過15°的障礙物和強烈干擾接收衛星信號和反射衛星信號的物體，架設地點應地基堅實牢固，不易被大風所吹動；②選擇好位置后架設天線和基準站，接收機天線應精確對中、整平，對中誤差不大于5mm；天線量取精度至1mm，接收機和電臺天線之間距離小于3m。③正確輸入基準站的相關參數，電臺頻率的選擇不應和作業區的其他衛星信號沖突。④在基準站正常工作的情況下，正確設置流動站，選擇測量模式、基準參數、轉換參數和數據鏈的通訊頻率等，其流動站的設置應與基準站一致。⑤流動站的初始化要在開闊地點進行，作業前應找2個以上GPS控制點，進行參數校正，確保無誤后開始施測。2）數據采集。對所測構筑物要求GPS機必須放到構筑物準確拐點位置上，等到GPS接收機達到固定解之后，再進行測量；要求現場繪制草圖，并記錄相應編號。在有些遮擋處，GPS接收機無法達到固定解時，利用全站儀進行補測。每天野外測量工作結束后將數據傳輸到電腦中，用成圖軟件結合外業草圖進行編繪。

2.3工程點的布設

測量利用GPS-RTK定位技術同樣可以改進傳統的工程點布設的方法，減少野外工作時間，從而達到提高工作效率和提高勘測區工程點位布設精度的目的。布設工程點的步驟如下：第一步，架設GPS基準站、校正檢核流動站，校正檢核流動站一般選擇離布設工程點位較近的GPS控制點進行；第二步，將需要布設的工程點坐標輸入到GPS接收機上；第三步，進行工程點的放樣工作，利用GPS-RTK的放樣功能把工程點布設到實地。每放樣一個工程點均在點位上釘上木樁，并當站復測其坐標且將復測成果存入手簿。

3、GPS-RTK技術在工程測量中的應用模式

3.1快速靜態定位

快速靜態定位工作原理是在每個用戶站上安裝GPS接收機，并保持接收機處于靜止狀態進行觀測和數據采集。用戶站同時接收基準站和衛星的觀測數據，并實時進行解算來調整用戶站的三維坐標。當結算結果的變化趨勢越來越小，達到穩定地步，并且其誤差在可允許厘米范圍之，定位工作結束。如果用戶站的接收機處于流動狀態，而非靜止狀態，只需調整接收機接受衛星的頻率為不連續狀態，也可保證測量結果在誤差范圍之內。

3.2動態測量

動態測量模式也需要流動站上的接收機在開始工作之前，進行初始化。之后流動的接收機按預定的采樣時間間隔自動地進行觀測，并連同基準站數據進行結算。主要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。

3.3準動態定位

準動態定位是以動態定位測量技術為基礎的。測量工作前，首先初始化流動站接收機，使其對靜止起始點進行觀測采取樣本數據，用來解算整體作業的未知數據。初始化后，流動站接收機一方面實時接受基準站的同步觀測數據，一方面根據初始階段采取的樣本數據，對每一個觀測站觀測解算，確定每個觀測站的三維坐標。此方法測量速度快、精確度高，可適用于地形地質圖測繪、勘探線測量、施工后期監測測量等工作。

4、結語

綜上所述，GPS-RTK從根本上改變了測量工作的傳統作業方法，縮短作業時間，降低勞動強度，提高測量成果精度，極大的提升測繪行業的自動化建設水平，為地質勘探工程測量提供了十分有力的技術支撐和保障。隨著數據傳輸能力的增強、數據的穩健性、抗干擾性水平和軟件水平的提高，RTK技術將在地質勘測和其他領域有更廣闊的應用空間。

參考文獻：

[1]GPSRTK技術在工程測量中的應用分析[J].李杏.資源信息與工程.2018（01）.

[2]全站儀結合RTK在地質勘探工程測量中的應用探討[J].肖福輝.中小企業管理與科技（中旬刊）.2015（04）.

（作者單位：湖南省測繪科技研究所）