GPS—RTK技术在地质勘查工程测量中的应用

杨妮

摘 要：本文从理论方面较深层次讲解了GPS-RTK测量系统的定位原理，其中还对GPS-RTK定位的优缺点重点介绍。

关键词：GPS-RTK 载波相位 应用

中图分类号：P25 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0030-01

GPS RTK技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。它由GPS接收设备、数据传输系统和内嵌软件构成，是一种全新的GPS定位测量方式，是GPS应用的重大里程碑。其工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，通过差分处理求解载波相位的整周模糊度，实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位坐标。GPS RTK技术改变了传统的测量模式，能够实时地完成厘米级定位精度和不通视情况下远距离测量坐标，且没有累积误差，测量精度较高。优点为工作模式简单，需要不多的测量人员，定位速度快，操作简便，综合效益高等。地质矿产勘查测量是进行地质矿产建设的前提，其测量精度的高低、工作效率的快慢均对后续的矿产勘查工作带来不小的影响。传统的测绘技术，外业工作量极大，效率较低，且精度有时不能得到满足。鉴于GPS RTK技术在各方面的优越性，其在地质矿产勘查测量工作中得到了广泛的应用，主要表现在矿区控制点加密、地形测量、地质剖面测量、钻孔、探槽等测量。

1 GPS-RTK简介

1.1 GPS-RTK原理

GPS-RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术中的一个新突破，可在野外获取点位厘米级的水平精度。其基本思想是：在基准站上设置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。

1.2 GPS-RTK优点

（1）测量过程直观透明，可实时动态显示测量成果。能够及时查看坐标定位，并使三维实时动态放样、快速成图等问题得以解决。

（2）观测时间短。在观测条件良好时，可在2s～5s内求得高精度的测点三维坐标

（3）全天候作业。只要在测点能够接收到4颗GPS卫星信号，则在任何时间连续地进行作业。

（4）操作简便，自动化程度高，大幅度减少劳动工作量。GPS-RTK测量已基本实现了智能化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高，打开电源即可进行自动观测。

（5）观测站之间无需通视，适应各种地形。各站之间是相互独立的观测值，误差不会积累传播。

1.3 GPS-RTK数据处理

根据精度要求和实际情况、软件的功能和精度，分析下载的数据，查看是否各测回值满足要求，收敛误差满足要求等，点属性是否齐全。当一个点或一组点成果经检查达不到设计要求时，必须进行重测或补测。重、补测应按原设计方法、精度要求进行。对多测回数据求平均值后，编辑成一定格式，或制作表格直接输出，或制成GIS数据源产品，提供GIS数据库使用。

2 GPS-RTK测量在地质工程测量中的应用

由于GPS RTK测量具有精度高、效率高的优点，其在地质勘探工程可以完成多项工作。

2.1 控制测量

目前，GPS定位技术被广泛应用于建立各种级别、不同用途的GPS控制网。在这些方面，GPS定位技术已基本上取代了常规的控制测量方法，成为了主要手段。与常规的方法相比，GPS在布设控制网方面具有测量精度高、选点灵活、不需要造标、费用低、全天候作业、观测时间短、观测和数据处理全自动化等特点。

2.2 野外大比例尺数字化地形图测量

地质勘探工程所用图大多是1∶2000或1∶1000地形图。用传统方法测图，工作量大，速度慢，花费时间多；用RTK测绘，具有采集速度快，精度高的优点，大大降低了测图的难度，省时又省力。

2.3 野外剖面测量

地质人员在大比例尺地形图上标出地质勘探剖面后，测量员利用RTK测量就能很方便地实测并绘制出本条剖面图，且精度较高。

2.4 勘探工程放样测量

采用RTK测量技术进行放样，只需将所要放样的坐标输入RTK手簿中，系统就会定出放样的点位。

3 GPS-RTK的不足及解决办法

（1）在山区和树林较密地方使用RTK作业，有其局限性，主要表现在收不到基站信号或者时有时无、数据初始化慢且易丢失、测量用时较长。对于这种情况，主要解决的办法：①要选好基站，要开阔，功率开到最大，电台天线尽可能架高。②把移动站天线尽可能架高③架双基站工作④联合全站仪作业。

（2）天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接收不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量，可见选择作业时段的重要性。

（3）数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到高大山体和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。另外，当RTK作业半径超过一定距离（一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同）时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。

（4）初始化能力和所需时间问题。在山区、林区等地作业时，RTK卫星信号容易被阻挡、容易造成失锁，采用RTK作业时有时经常需要重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。

（5）高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。

（6）电池电量的影响。RTK耗电量比较大，电池容量小，作业时间不长久。有些条件困难地区，用电紧张，作业时间长了，就会导致没电可用。而且电池电量不足，还会影响到RTK的发射、接收信号，导致作业效率低，成果精度不高。解决这类问题就是选择可以外接电源的仪器，用电瓶代替普通的电池。

4 结语

GPS-RTK能实时地定位出所在位置的三维坐标，可直接进行实地实时放样、控制测量、点位测量等。以其快速、高效、节省人力、不受天气、地形和通视等条件的限制，被广泛应用于地质、水文、公路等工程测量。

参考文献

[1] 郭达志.矿山测量的昨天、今天和明天[C]//第七届全国矿山测量学术会议论文集，2007（11）.