淺談GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測量中的應(yīng)用

鄒甜

摘要：隨著測繪技術(shù)的長足發(fā)展，不斷涌現(xiàn)的新儀器、新方法、新技術(shù)逐步取代了傳統(tǒng)光學(xué)儀器。目前在基礎(chǔ)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(yè)時(shí)間長、數(shù)據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理等缺點(diǎn)，具有全天候、高精度、無需光學(xué)通視的特點(diǎn)，而且還可以為測量提供實(shí)時(shí)的定位結(jié)果。本文對GPS-RTK技術(shù)原理及其在地質(zhì)工程測量中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；工程測量；應(yīng)用

1、GPS-RTK技術(shù)工作原理

RTK即載波相位差分技術(shù)，可以對規(guī)定坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)測量。高精度GPS測量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要應(yīng)用載波相位觀測值，而RTK技術(shù)則是建立于載波相位觀測值基礎(chǔ)上的一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，其測量精度可以達(dá)到厘米級。在靜態(tài)相對定位測量作業(yè)中應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)，可以對多種高精度要求的測量作業(yè)進(jìn)行控制測量，并能夠?qū)崟r(shí)獲得定位結(jié)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(jī)、基準(zhǔn)站、流動(dòng)站，實(shí)時(shí)差分軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈等。在工作過程中，首先將一臺(tái)GPS接收機(jī)安裝到基準(zhǔn)站上，然后將另外幾臺(tái)接收裝置設(shè)置在流動(dòng)站上，流動(dòng)站和基準(zhǔn)站可以在同一時(shí)間內(nèi)對GPS發(fā)射信號進(jìn)行接收，然后將已經(jīng)知道的位置信息和基站得到的觀測值進(jìn)行對比，求出GPS差分改正值，使用無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)將信息GPS觀測值傳遞給衛(wèi)星流動(dòng)站，通常情況下流動(dòng)站和基準(zhǔn)站要同時(shí)觀測衛(wèi)星要在四顆以上。使用流動(dòng)站進(jìn)行測量可以將定位結(jié)果精確到cm級。

2、GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測量中的應(yīng)用

2.1控制測量

工程控制網(wǎng)是工程建設(shè)、管理和維護(hù)的基礎(chǔ)，其網(wǎng)型和精度要求與建設(shè)工程項(xiàng)目的性質(zhì)、規(guī)模等密切相關(guān)。傳統(tǒng)方法采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)來實(shí)施，其大多數(shù)需要分段測量，有精度分布不均勻、不能實(shí)時(shí)知道實(shí)測精度等缺點(diǎn)，由于客觀及主觀原因，往往會(huì)造成大量的返工，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。RTK技術(shù)可以代替全站儀進(jìn)行圖根導(dǎo)線測量，所測范圍內(nèi)在不通視的情況下測定無積累誤差的圖根點(diǎn)，使測圖所需的根點(diǎn)數(shù)量在滿足要求時(shí)，可多可少，機(jī)動(dòng)靈活，而且流動(dòng)點(diǎn)至參考點(diǎn)的距離可達(dá)到10km，能夠減少傳遞。RTK技術(shù)用于常規(guī)工程測量具有很大優(yōu)越性。

2.2地形測量

應(yīng)用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)測量，測得碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖。GPS-RTK技術(shù)測量地形圖的方法如下：1）GPS基準(zhǔn)站的架設(shè)。①根據(jù)作業(yè)區(qū)面積、地形地貌和數(shù)據(jù)鏈的通訊覆蓋范圍，選擇合適的地方架設(shè)GPS基準(zhǔn)站。GPS基準(zhǔn)站的架設(shè)地點(diǎn)要求地勢相對較高，周圍無高度角超過15°的障礙物和強(qiáng)烈干擾接收衛(wèi)星信號和反射衛(wèi)星信號的物體，架設(shè)地點(diǎn)應(yīng)地基堅(jiān)實(shí)牢固，不易被大風(fēng)所吹動(dòng)；②選擇好位置后架設(shè)天線和基準(zhǔn)站，接收機(jī)天線應(yīng)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(jī)和電臺(tái)天線之間距離小于3m。③正確輸入基準(zhǔn)站的相關(guān)參數(shù)，電臺(tái)頻率的選擇不應(yīng)和作業(yè)區(qū)的其他衛(wèi)星信號沖突。④在基準(zhǔn)站正常工作的情況下，正確設(shè)置流動(dòng)站，選擇測量模式、基準(zhǔn)參數(shù)、轉(zhuǎn)換參數(shù)和數(shù)據(jù)鏈的通訊頻率等，其流動(dòng)站的設(shè)置應(yīng)與基準(zhǔn)站一致。⑤流動(dòng)站的初始化要在開闊地點(diǎn)進(jìn)行，作業(yè)前應(yīng)找2個(gè)以上GPS控制點(diǎn)，進(jìn)行參數(shù)校正，確保無誤后開始施測。2）數(shù)據(jù)采集。對所測構(gòu)筑物要求GPS機(jī)必須放到構(gòu)筑物準(zhǔn)確拐點(diǎn)位置上，等到GPS接收機(jī)達(dá)到固定解之后，再進(jìn)行測量；要求現(xiàn)場繪制草圖，并記錄相應(yīng)編號。在有些遮擋處，GPS接收機(jī)無法達(dá)到固定解時(shí)，利用全站儀進(jìn)行補(bǔ)測。每天野外測量工作結(jié)束后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，用成圖軟件結(jié)合外業(yè)草圖進(jìn)行編繪。

2.3工程點(diǎn)的布設(shè)

測量利用GPS-RTK定位技術(shù)同樣可以改進(jìn)傳統(tǒng)的工程點(diǎn)布設(shè)的方法，減少野外工作時(shí)間，從而達(dá)到提高工作效率和提高勘測區(qū)工程點(diǎn)位布設(shè)精度的目的。布設(shè)工程點(diǎn)的步驟如下：第一步，架設(shè)GPS基準(zhǔn)站、校正檢核流動(dòng)站，校正檢核流動(dòng)站一般選擇離布設(shè)工程點(diǎn)位較近的GPS控制點(diǎn)進(jìn)行；第二步，將需要布設(shè)的工程點(diǎn)坐標(biāo)輸入到GPS接收機(jī)上；第三步，進(jìn)行工程點(diǎn)的放樣工作，利用GPS-RTK的放樣功能把工程點(diǎn)布設(shè)到實(shí)地。每放樣一個(gè)工程點(diǎn)均在點(diǎn)位上釘上木樁，并當(dāng)站復(fù)測其坐標(biāo)且將復(fù)測成果存入手簿。

3、GPS-RTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用模式

3.1快速靜態(tài)定位

快速靜態(tài)定位工作原理是在每個(gè)用戶站上安裝GPS接收機(jī)，并保持接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)采集。用戶站同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行解算來調(diào)整用戶站的三維坐標(biāo)。當(dāng)結(jié)算結(jié)果的變化趨勢越來越小，達(dá)到穩(wěn)定地步，并且其誤差在可允許厘米范圍之，定位工作結(jié)束。如果用戶站的接收機(jī)處于流動(dòng)狀態(tài)，而非靜止?fàn)顟B(tài)，只需調(diào)整接收機(jī)接受衛(wèi)星的頻率為不連續(xù)狀態(tài)，也可保證測量結(jié)果在誤差范圍之內(nèi)。

3.2動(dòng)態(tài)測量

動(dòng)態(tài)測量模式也需要流動(dòng)站上的接收機(jī)在開始工作之前，進(jìn)行初始化。之后流動(dòng)的接收機(jī)按預(yù)定的采樣時(shí)間間隔自動(dòng)地進(jìn)行觀測，并連同基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)算。主要用于航空攝影測量和航空物探中采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位，航道測量，道路中線測量以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精密導(dǎo)航等。

3.3準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位是以動(dòng)態(tài)定位測量技術(shù)為基礎(chǔ)的。測量工作前，首先初始化流動(dòng)站接收機(jī)，使其對靜止起始點(diǎn)進(jìn)行觀測采取樣本數(shù)據(jù)，用來解算整體作業(yè)的未知數(shù)據(jù)。初始化后，流動(dòng)站接收機(jī)一方面實(shí)時(shí)接受基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，一方面根據(jù)初始階段采取的樣本數(shù)據(jù)，對每一個(gè)觀測站觀測解算，確定每個(gè)觀測站的三維坐標(biāo)。此方法測量速度快、精確度高，可適用于地形地質(zhì)圖測繪、勘探線測量、施工后期監(jiān)測測量等工作。

4、結(jié)語

綜上所述，GPS-RTK從根本上改變了測量工作的傳統(tǒng)作業(yè)方法，縮短作業(yè)時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測量成果精度，極大的提升測繪行業(yè)的自動(dòng)化建設(shè)水平，為地質(zhì)勘探工程測量提供了十分有力的技術(shù)支撐和保障。隨著數(shù)據(jù)傳輸能力的增強(qiáng)、數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性、抗干擾性水平和軟件水平的提高，RTK技術(shù)將在地質(zhì)勘測和其他領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

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

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（作者單位：湖南省測繪科技研究所）