在煤田勘探过程中如何采用GPS测量技术

2014-04-16张梦楠河南省煤田地质局四队河南平顶山467000

中国科技纵横 2014年3期

关键词：煤田接收机基准

张梦楠(河南省煤田地质局四队,河南平顶山 467000)

在煤田勘探过程中如何采用GPS测量技术

张梦楠(河南省煤田地质局四队,河南平顶山 467000)

本文论述了GPSRTK技术的相关原理,并进行误差分析和精度评定,最后重点阐述了GPS RTK测量技术在煤田地质勘探中的应用。

GPSRTK 测量技术精度评定勘探

1 概述

随着计算机科学技术的应用与发展，GPS定位技术的研究也在不断深入，加之其他相关学科的带动，GPS技术获得了广泛应用。现在的控制测量与工程测量中普遍采用GPS定位技术，取代常规的手动测量方式，它具有操作简便、测量精度高、成本低等优点。该技术建立的控制网邻点间距较小，可以直接服务于国民经济基本建设，在煤田地质勘探中作为首位测量工作，并对控制点进行准确测量。而RTK实时动态测量技术标志着GPS测量技术进入一个新的阶段，此技术依据载波相位观测量，对GPS技术进行实时差分，技术手段逐步趋于成熟，在矿区、油田和建筑工程中都具有良好应用，可以为煤田地质勘探工作提供及时、准确的数据成果。近些年来，控制点随时间发生变化导致点毁坏或丢失以及透视率低等现象，也在很大程度上影响测量工作，引进更新技术，在很大程度上提高GPS RTK技术的测量精度和效率。

2 GPSRTK技术介绍

RTK技术融合了很多高科技，包括接收机、无线电技术，能够及时地提供精确到厘米级别的测量成果，操作简便，节省劳动强度，使得工作效率大幅度提高。

2.1 基本原理

GPS RTK技术是依据载波相位观测的实时差分GPS测量技术，其接收卫星信号时，借助两台或多台GPS接收机，安排其中一台接收机为基准站，剩余为移动站。在正常的操作过程中，两个站点要同时跟踪多于五颗卫星，基准站连续观测可见卫星，然后将数据信息(包括基站坐标、伪距值、载波相位值等)进行编码和调试后，通过无线电发送给移动站，移动站将自身采集的载波相位观测数据与接收到的数据进行比较后，将数据作差分处理，获取三维坐标差值，再与基准站得到的实时坐标相加，就可得到单个点的平面坐标值和高程值。通常情况下，RTK技术不易受到外界的干扰和影响，只要基本环境和条件符合操作所需，就能进行快速、准确的测量。此外，在定位过程中，认为因素对测量的影响也较少，在很大程度上也保证了测量精度。近些年，cm级的GPS RTK的测量技术已在煤田测量实践中取得了良好成效。

2.2 系统配置

RTK测量系统通常包括数据接收、传输及处理设备。大多RTK产品的标配为一个基准站加一个或多个移动站。基准站和移动站的主要组成部分都有GPS接收机和无线电台数据链，另外，基准站还有电源、脚架等部件；移动站还包括操作手簿、对中杆；数据处理设备在作业前，用于实施数据准备，在作业过程中进行数据传输，在作业后对数据进行整理和比较分析。

2.3 精度评定与误差来源分析

GPSRTK是实时差分测量，操作简便，精度和速度都比较好，煤田地质勘探工程的测区面积一班在一百平方公里内，参数系统比较简单。而由于技术的时效性，我们对该技术的精度予以评定时，通常使用以下指标：(1)载波相位的整周模糊度，检验其求解值是否固定不变。实际测量过程中，基站与移动站的间距不超过6km，要使得载波相位的整周模糊度固定不变，就要尽可能地提高点位观测值的精度。(2)均方根(RMS)检验。均方根表征RTK定位点的观测精度，覆盖约70%的定位数据的误差圆的半径。参考以往的作业实践，表明RTK采集的定位点的精度足够小，满足煤炭勘探相关规定的测量误差误差，同时也满足煤炭勘探一定比例尺地形图中测绘地面实物的精度要求。

尽管GPS RTK在煤田地质勘探工程中的测量误差很小，不超过要求范围，但我们还需要了解误差的具体来源，以便进行更好的控制，通常情况下，误差来源主要有以下几方面：(1)信号传输过程中，外界因素干扰造成的误差。外界影响主要指信号干扰、天气变化及多路径效应等。(2)由GPS卫星定位不准产生的误差，包括星历误差、钟误差及相对效应；(3)信息接收过程中造成的误差，包括接收机错位、天线相位移动等；(4)由模型导致的误差，包括左边转换误差和高程拟合误差。

3 GPS RTK技术在煤田地质勘探测量中的具体应用

3.1 作业条件

GPSRTK作业中，应具备如下几项基本条件：(1)基准站的站点坐标精度要高，且基准站宜设在地势较高，周围障碍物高度角较小的位置，这样便于信号接收和发送。(2)基准站和移动站周围应无强电源和强信号干扰，无高大阻碍物，避免数据传输过程中，由于数据链丢失或路径有误而影响数据精度。同时站间距应控制在6km以内。

3.2 作业流程

GPSRTK作业多是测量和放样。基准站和移动站的作业流程分别为：(1)基准站：安置站点—设置GPS接收机—设置基准站坐标—设置通讯设备。(2)移动站：1)测量，链接站点—设置GPS接收机—读入基站坐标参数—设置通讯设备—点位测量；2)放样，点坐标设计—读入坐标—链接站点—设置GPS接收机—读入基站坐标参数—设置通讯设备—测出点位。

3.3 作业控制测量及数据采集与放样测量

(1)控制测量：由于控制点时间久远，导致通视度低，此时RTK技术的优势在于控制点布设中无法躲避障碍物时，可延长测量时间，多次测量来提高精度。(2)数据采集：利用可携带电子本记录野外采集的数据信息，下载Photoshop、CAD等成图软件将采集到的数据信息绘制成图。(3)放样测量：将放样点的坐标输入电子手簿中，根据系统提示确定出移动站放样的点位。其速度与直接拿GPS机接收几乎一样快，且精度远高于GPS机。