GNSSoRTK技术在地质矿产勘查测量中的应用

■王世平

（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院 甘肃兰州 730050）

GNSSoRTK技术在地质矿产勘查测量中的应用

■王世平

（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院 甘肃兰州 730050）

GNSS已在城市建设、工程和资源勘测等多个领域得到了广泛应用。GNSS·RTK定位技术以其测量精度高、测量时间短等优势在GNSS定位领域独树一帜。文章对GNSS·RTK定位技术的工作原理做了相应阐述，对影响RTK定位精度的主要因素进行了分析，结合实际应用对RTK技术在地质矿产勘查测量中的应用加以总结，展现了该技术在地质矿产勘查领域广阔的应用前景。

GNSS·RTK地质勘查测量应用

GNSS（Global Navigation Satellite System）即全球导航卫星系统，具有高效、准确、全球等特点，从其诞生之初就给社会许多行业带来了深远影响。GNSS主要包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗等多个定位系统，其中以GPS系统最为成熟。

1 GNSS·RTK定位测量

1.1 GNSS·RTK测量系统的组成

RTK测量系统一般由三部分组成：（1）GNSS接收设备,其作用是接收卫星信号和进行接收设备之间信号的差分，接收设备有基准站和流动站之分。（2）数据传输设备：即数据链，其作用是实现基准站和流动站之间数据的传输，数据链由调制解调器和电台组成。（3）软件解算系统：其作用是保障实时动态测量结果的精确性与可靠性，是GNSS·RTK测量系统的重要组成部分。

1.2 GNSS·RTK定位技术的作业原理

RTK（Real Time Kinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术，通过对两测站的载波相位观测值进行实时处理，能够实时提供测量点在指定坐标系中的三维坐标，并能达到厘米级的精度。其作业原理是基准站通过数据链实时将其载波相位观测值及基准站坐标信息一起传送给流动站，流动站通过解调得到基准站的载波相位观测量，再利用OTF技术对由基准站和流动站采集的载波相位观测量

组成相位差分观测值，通过实时处理确定流动站的坐标。只要能保证4颗以上卫星的跟踪，流动站就可根据给定的转换参数进行坐标系统的转换，从而实时给出指定坐标系中的定位结果。

2 影响GNSS·RTK定位精度的因素

2.1 与接收机有关的误差

2.1.1 接收机安置误差

接收机安置误差就是接收机天线相位中心相对于测站位置中心标石的偏差。包括天线的整平和对中误差以及天线高的量测误差。在实际作业中作业员可以通过认真细致的操作减少其影响。

2.1.2 天线相位中心位置偏差

天线相位中心位置偏差就是观测时天线相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心不一致而产生的偏差。减少天线相位中心位置偏差是天线设计的一个重要问题。

2.2 与信号传播有关的误差

2.2.1 电离层折射误差

电离层折射误差就是当GNSS信号通过电离层时，信号的传播路径和速度发生变化，导致卫星到接收机的几何距离与信号的传播时间与真空中光速的乘积不一致而产生的误差。电离层折射误差可通过双频观测、加入电离层改正模型、同步观测求差的办法加以消除。

2.2.2 对流层折射误差

对流层折射误差就是当GNSS信号通过对流层时，信号的传播路径发生弯曲，从而使测量距离产生的偏差。对流层折射与地面气候、气压、温度、湿度等有密切关系。对流层折射误差可通过加入对流层折射改正模型、同步观测求差的方法加以消除。

2.2.3 多路径效应误差

多路径效应误差就是当接收机周围有高大建筑物或大面积水域时，信号的反射波在进入接收机时与直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值而产生的误差。多路径效应误差取决于天线周围的环境。多路径效应误差可通过远离高大建筑物、大面积水域、天线中设置抑径板等方法消除。

2.3 观测方案引起的误差

观测方案对RTK测量结果有很大的影响。观测方案主要包括基准站位置的选择，参与参数转换控制点的选取，观测次数等。为了减少由观测方案引起的误差，可以采取以下措施：基准站应尽量设在视野开阔的较高位置，适度提高发射天线高度；求取转换参数的控制点尽量选择等级较高或经过统一平差的控制网内的GNSS点；根据卫星星历预报，选择适当时段进行测设；延长每个测站的观测时间；作业半径保持在规定范围内等。

3 GNSS·RTK技术在地质矿产勘查测量中的应用

2013年6月到8月，在对甘肃省宕昌县竹院北矿区实施1: 2000数字化地形图测量及地质勘探工程测量时，充分利用GNSS· RTK技术的优点，外业测量工作全部采用RTK技术完成。竹院北矿区地处陇南山区，山势陡峻，夏季多雨，海拔2000-2600m，相对高差600m，如果用传统作业方法，开展矿区测量工作将是困难重重的，因为传统作业方法首先要解决通视问题。采用GNSS·RTK技术不需要考虑通视情况，只要有卫星信号，就可以求得高精度的点位坐标。

竹院北矿区的测量工作涵盖了地质矿产勘查测量的方方面面（坑道测量用甲方的成果，为了资料的统一，对坑道数据进行了坐标系的转换）。首先进行的是矿区控制测量，在矿区周围国家D级控制点的基础上布设了E级控制网，加密E级控制点5点，矿区测量工作是在E级控制点的基础上完成的。

GNSS·RTK技术在竹院北矿区地质勘查工作中的主要应用如下：

3.1 图根控制测量

图根控制是为满足矿区地形图测量而实施的。在解类型为“固定”解的情况下，GNSS·RTK测量所得坐标数据的定位精度可以达到5厘米，其测量精度完全满足一般图根控制点的精度要求，而且误差不积累。在竹院北矿区应用GNSS·RTK技术布设了图根控制点11点。这样不仅方便快捷，也保证了相对高的精度。

3.2 地质工程点定位测量

地质工程是地质勘查过程中布设的各种探矿工程，一般有探槽、钻孔、浅井、硐探等地质工程。矿区共测量探槽7条、放样钻孔6点、探硐硐口4点，全部采用GNSS·RTK技术施测完成。竹院北矿区地形复杂、山势陡峻等因素严重影响通视情况，应用GNSS·RTK技术，测量工作收到了事半功倍的效果。

3.3 地质基线、剖面线测量

地质基线、剖面线按照一定点距、线距及方位在实地放样，是地质人员参考矿体的走向、倾角等因素决定的。应用GNSS·RTK技术，就要先计算好每条地质基线、剖面线上放样点的理论坐标，再把放样数据按照一定格式导入GNSS手簿，然后在实地按照RTK的“点放样”或“线放样”功能逐点放样。放样完成后再采集该点的实地坐标。竹院北矿区施测基线2条共840米，施测勘探线剖面23条共7660米。应用GNSS·RTK技术，所放样地质基线的距离误差、剖面线的方位角误差都是很小的，较传统常规测量方法如经纬仪、全站仪等施测表现出了很大的便捷性和可靠性。

3.4 地形测量

对于勘查程度达到详查的矿区，一般要进行大比例尺地形图的测量。GNSS·RTK技术在地形图的测量中较少受地形条件的限制，只要能接收到卫星信号（最少4颗卫星），就可以得到较高精度的点位坐标。对于受地形条件限制接收不到基准站信号的地方,可以采用给基准站迁站重新求取转换参数再施测的办法。竹院北矿区共施测1:2000地形图2.77平方公里。采用GNSS·RTK技术，测图的效率得到很大提高。

3.5 其他有关应用

在矿区地质填图及物化探工作中，地质人员经常使用手持GPS进行定位。RTK技术除可以运用于手持GPS的点位校正外，还可以直接代替手持GPS，不仅具有手持GPS方便快捷的优点，还可以达到比手持GPS更高的精度；RTK手簿还有记录、计算、导航等功能，给地质勘查工作带来了很大的方便。

4 地质勘查测量中坐标系的转换

在地质勘查工作中，地质人员经常需要当地坐标系（北京54或西安80）成果，这就需要对采集的84坐标系成果进行转换。坐标系转换的常用方法有四参数转换和七参数转换。对于较小面积（经验值为20*20km2）的测区，可以采用四参数，对于较大面积测区采用七参数转换效果较好。现在一般的测量软件都有坐标系转换的功能，这里就不加详述。

5 结语

GNSS·RTK技术相对于传统测量方法有着很大的优势，其定位精度高、误差不积累、观测时间短、操作方便等特点，使测量工作的作业效率和精度都得到了很大的提高。但在地质勘查测量中GNSS· RTK技术也有一些局限性：测区如果相对高差较大，较高的山体会“隔断”基准站和流动站之间的信号，从而使流动站的“解类型”为单点，使采集的数据质量下降，为了提高测量数据的采集质量就要尽量架高基准站的天线或者考虑“迁站”；在树叶茂密的林区，受多路径效应的影响，流动站的信号质量会大大下降，“解类型”为单点或者卫星信号“失锁”，这时就要用其他测量手段配合等。随着GNSS· RTK技术的逐步完善，特别是随着我国“北斗”导航卫星系统的建成和投入使用，软硬件设施的逐步更新，其在地质勘查及其他测量领域将得到更加广泛的应用。

[1]胡伍生、高成发、施一民 《GPS测量原理及其应用》 [M]人民交通出版社，2010年7月.

P5[文献码]B

1000-405X（2015）-11-149-2

王世平（1970～），男，测绘工程师，研究方向为野外测绘。