浅谈GPS—RTK在水工环地质调查中的应用

姜震

摘要：GPS卫星全球定位系统测量技术是在现代测量领域里被广泛应用的一项先进技术，随着这项技术的不断发展壮大，RTK技术测量水平也越来越先进，逐步的进入了水工环地质调查应用中。文章首先介绍了GPS-RTK定位测量技术，然后对其作业流程和精度把控进行探讨分析，最后论述了其在水工环地质调查中的应用实例。这种技术的优点在于提高了工作效率，尤其是对于水工环地质调查而言，在控制测量、地形测图和工程放样方面有重大意义。

关键词：GPS；RTK；水工环；地质调查；应用

一、GPS-RTK定位技术

1.1实时动态测量。GPS-RTK又名实时动态差分法，它的具体应用为：采用相位差分（相位差分属于GPS三类中的一类，另两类为位置差分以及伪距差分），这种测量方法能够在野外实时得到厘米级定位精度。GPS-RTK定位技术是GPS测量技术发展中的一个新突破，它基于载波相位观测值，是一种实时动态GPS定位技术。应用这种技术能够实时地提供指定坐标系中测站点的三维定位结果，而且这种结果的精度可以达到厘米级。RTK定位技术还具有非常强的数据处理能力。实现这个目的需要将两个相对独立的GPS信号接收系统联成有机整体，即在两台GPS接收机间增設一套无线数字通讯系统。通过电台，观测信息和测站数据被基准站传输给流动站，然后流动站就会对这些观测信号进行差分处理，两站间的基线值就会被测出。与此同时，输入相应的坐标转换和投影参数，就可以实时得到测点坐标。

1.2RTK测量原理。RTK的测量原理可以用以下文字来阐述：即为了对所有可见卫星进行连续观测，需要在精度较高的首级控制点上安置上一台GPS接收机。这台接收机会进行实时观测，流动观测站可以收到其通过发射台所发送的其实时观测到的数据。被安置在流动观测站上的GPS接收机会接收到这些数据，同时，接收卫星信号。然后，其会利用相对定位的原理，对流动站的三维坐标和测量精度进行实时地计算并显示。这就实现了RTK测量。

二、水工环地质调查GPS-RTK流程

水工环地质调查GPS-RTK流程共包括三个步骤，分别为：准备、求定测区转换参数以及GPS-RTK施测。

2.1准备。在GPS-RTK进行野外测量前，需要做一定的准备工作。首先，踏勘测区，即搜集测区周围的高等级平面控制资料及高程资料，然后分析这些收集到的控制点坐标成果，以确定本测区应用的控制点；其次，设置基准站及流动站的参数；再次，在基准站输入控制点坐标；最后，要设置流动站仪器设备设置参数，这个参数要和基准站的设置保持一致。

2.2求定测区转换参数。求定测区转换参数是为求解转换参数以及为RTK动态测量做好准备。具体来说，就是在搜集到的控制点资料中，合理选择坐标系以及高程的公共点。在选择转换参数时，需要注意两个问题：首先，测区四周及中心的控制点要呈均匀分布的态势；其次，控制点要选3个以上，以便可以利用GPS随机软件求解转换参数。

2.3 GPS-RTK施测步骤。目前，国际上比较先进的GPS-RTK施测设备包括瑞士徕卡1200型，徕卡1200型动态GPS具有很多其它施测工具难以比拟的优势，包括跟踪更低的高度角、最快的卫星跟踪技术、更快的更新率、抗干扰，以及消除多路效应，还有低时间延迟，而且其动态精度可达±5mm+1ppm×D（D即基线长度）。使用其特有的Smartcheck（即快速检核技术）算法它可以给出快速精确的成果，它能够以20Hz的速度提供厘米级的定位成果，几秒内就能完成RTK测量初始化，并实时进行完好性检测。其还具有非常高的可靠性，在15Km以内可以达到99.9%。

三、GPS-RTK在水工环地质调查中的精度分析

3.1影响RTK定位精度的主要因素

（1）基准站坐标误差。基准站的坐标精度对整个RTK系统有着直接的影响。过低的坐标精度会导致流动站所得到的所有数据都产生一定的系统误差。

（2）坐标系统转换精度。平时生产过程中，通常采用北京54、国家80等坐标系统，或者采用一些地方坐标系统。而GPS卫星观测所采用的坐标系统为世界大地坐标系（WGS84），这就需要将这些坐标系统进行转换，因此，要注意坐标系统转换精度这个因素的影响。

（3）信号传播误差。RTK系统在进行数据信号采集时采用的是电磁波。而采用电磁波会受多种因素的影响，比如电离层和对流层的折射误差，还有多路径的效应误差，这就要求我们作业过程中注重对作业环境的选择（如避开电台、信号塔、高大建筑物等）。

（4）人为因素。观测以及施测也有人为操作，而在作业过程中，人员操作等原因也会造成天线相位中心位置出现偏差，导致点位对中出现误差。此外，手簿采集记录误差也会影响到RTK的定位精度。

3.2作业精度保障。精度是观测成功与否的标志之一，为确保精度，在进行RTK作业时，为保障作业精度，需要注意以下几点：首先，基准站应尽量设在视野开阔的较高位置，基准站发射天线的高度要适当提高；其次，联测控制点要求数量尽量多且图形强度高，要尽量采用已建成的三角点、国家高等级GPS点，或者要尽量采用经过统一平差的控制网内的GPS点；再次，为确保固定解并将移动站天线尽可能保持垂直，对于在每测设点的观测时间要适当延长；还有，作业半径要保持在规定范围以内；最后，为确保限差在规定范围以内，要严格按照规范采集移动站数据。

四、GPS-RTK应用实例分析

一座硝化纤维厂，建立在石灰岩地区。由于污水泄漏，硝化纤维污染了地质环境。在18个30米深和7个50m深的钻孔中作井中雷达探测，可以探测到地表至潜水面（约6am）岩溶结构可能捕获的硝化纤维。采用惠更斯一基尔霍夫（HK）叠加法对常规处理过的收集到的资料进行分析，可以绘制出三维雷达图。通过这个图像，可以看出几个受硝化纤维污染的位置。在后来的开挖中，就注意了这几个位置。这个实例证示了GPS的探测成果。

五、 结语

GPS-RTK测量技术既可实时知道测量点位精度，又可以实时提供点位坐标和高程，极大地提高了工作效率。在水工环地质调查中，这样的系统能较好地完成大面积地形测量。尤其是在常规测量仪器难于完成的作业区域，比如因气候条件差，就可以通过GPS-RTK模式进行测绘，不但可以大幅度提高测量精度，而且大大有利于减轻测量人员的内、外业劳动强度。

参考文献：

[1]何铭杰.GPS测量技术在工程测绘中的应用及特点[J].科技风，2010（4）.

[2]刘树良.GPS测量技术在工程测绘中的应用[J].商品与质量·建筑与发展，2011（2）.

[3]孟庆森，赵成.GPS-RTK在地质工程测量中的应用[J].吉林地质.2007（2）.