GPS-RTK技术在哈日扎矿区详查的应用

张彩霞

(青海省第三地质矿产勘查院，青海 西宁 810029)

GPS-RTK是将GPS与RTK相结合的一种技术测量方式。全球定位系统(GPS)是由美国国防部建立的一个全方位、全天候、全时段、高精度卫星导航系统,为全球客户提供低成本、高精度的三维导航信息,如位置,速度,和精确定时。RTK(实时运动学、实时动态的)载波相位差分技术,是实时处理两个测站的载波相位差法观测，将基站发送给用户接收端采集载波相位，差解计算坐标。这是一种新型的常用测量卫星定位的方法,以前的静态和动态测量都是通过事后计算之后得到厘米级精度,而RTK能够得到厘米级的实时定位精度测量方法,它使用了动态实时载波相位差分法，是GPS应用中一个重要的里程碑,它的出现为项目放样、地形测图、各种控制测量带来了新的测量原理和方法，大大提高了工作效率。

本文以GPS-RTK测量技术在青海哈日扎矿区地质详查中应用为例，例证了运用 GPS-RTK在地质勘查工作中进行控制测量和地形测量，它不仅精度高，而且速度快。最终测量结果表明：GPS-RTK测量技术在地形复杂条件下的测量结果达到了规范要求，不但满足地质勘查工作的测量需求，而其大大地提高地质工作者的工作效率。

1 哈日扎测区概况

哈日扎矿区位于东经98(°)32(′)～98(°)38(′)，北纬35(°)52(′)～35(°)57(′)之间。东西宽约7.1 km，南北长约7.8 km，面积为30.0 km2，呈一不规则的带状形。测区内山势陡峭，地形破碎，且比高较大，人员行走困难，车辆难以通行，故给外业测绘工作带来很大困难。测区地处鄂拉山南部，最低海拔为3 930 m的测区东边缘(达拉龙洼)，最高为三等三角点大平山，海拔为4 767.8 m，相对高差约为840 m，平均海拔4 200 m，地势起伏较大。

2 GPS RTK在哈日扎矿区的具体应用

2.1 RTK一级控制测量

2.1.1 GPS RTK加密控制网的布设

1)Ⅴ矿带RTK控制网的布设情况

在Ⅴ矿带测图范围内及周边D级GPS控制点DH11，E级GPS控制点EH13、EH14、EH34、EH35、EH36、EH37共7个高等级控制点， V矿带呈一带状图形，长度为3 km，在以上平顶山、DH11控制点的基础上利用RTK控制测量的方法加密布测一级控制点8个，并联测了E级GPS控制点作为检核。

2)Ⅵ矿带RTK控制网的布设

在Ⅵ矿带测图范围内及周边有D级GPS控制点DH18，E级GPS控制点EH18、EH38、EH45、EH46、EH47、EH56共7个高等级控制点，在DH18控制点的基础上利用GPS-RTK方法加密布测一级控制点4个；并联测了E级GPS控制点作为检核。

3)高程施测

测区内地势陡峭，RTK控制点的高程，因测区面积不大，直接采用E级GPS控制网平差时的七参数测量出一级点的高程。

2.1.2 GPS-RTK点的埋石

1)控制点标志的埋设

所有控制点均埋设了标石，标石规格为顶面15 cm×15 cm，底面25 cm×25 cm，高度不小于45 cm。

2)控制点之记的填写

控制点之记在选点埋石结束后在现场绘制点之记草图，并记录填写点之记的相关内容，外业观测时记录地理坐标、拍摄照片等，再在内业电脑填写最终点之记成果。

2.1.3 RTK加密控制外业观测要求

①本次RTK测量采用单基准站RTK模式测量。

②经、纬度记录精确至0.000 01，平面坐标和高程记录精确至0.001 m。天线高量取精确至0.001 m。

③一级点间距保持在400～500 m。

④施测RTK控制点时基准站和移动站均架在三角架上，观测时预设卫星高度角为15(°)，观测历元间隔为3 s，历元次数为20次，重复次数为3次，高程为七参数拟合成果。

⑤每个点观测前后各量取天线高一次，读至毫米，两次量高之差不大于3 mm时取其平均值作为最后天线高。

⑥因本测区远离国家水准网，且测区内地形陡峭，高程采用已知点的拟合高程为起算数据。

⑦RTK高程控制点测量设置高程收敛精度不大于3 cm。

⑧RTK高程控制点测量流站观测采用三脚架对中、调平，观测历元数每次不小于20，采样间隔3 s，每次测量高程差不大于4 cm。

⑨以每次测量的高程取中数作为最终的结果

2.1.4 RTK加密控制成果的检查

①检查方法为在RTK控制点观测的同时，另一台基准站在未知点上，待测点采用脚架配合对中杆，气泡严格居中。观测时预设卫星高度角为15(°)，观测历元间隔为3 s，历元次数为20次，重复次数为3次，高程为平面拟合成果。

②控制点检查量为15点(包括图根点)，检查比例为94%。

③控制点平面中误差md=0.007 m,高程中误差mh=0.015 m。

所有点误差均在《规范》要求限差之内，可作为本次测图和地质工程测量所需的起算点。

2.2 地形图测绘

2.2.1 外业数据采集

本次测图外业碎部点采集全部RTK单基准站测量的方法。首先将测区七参数、已知控制点的成果输入RTK的手薄中，野外选择地势较高的开阔地上架设基准站，在已知点上进行校准，并在另一已知点上进行检查，检查无误码后开始采集碎部点数据，每个点采集完并输入码，存入到手薄中的存储介质中。

2.2.2 地形测量

1)图根点测量

根据实地测图的需要，V矿带施测2个图根点，VI矿带施测2个图根点。另外所有基线点全部以图根等级的精度要求进行施测，所有基线点同时也是本次测图的图根控制点。 图根点和基线点标志因地制宜地采用木桩、刻石、油漆和埋石。 V矿带在测图范围内的埋石基线点有5个，VI矿带在测图范围内的埋石基线点有5个。RTK图根点测量时，地心坐标系与地方坐标系的转换采用E级GPS网平差计算时获得的七参数。RTK图根点高程的测定，用七参数直接测定。

在RTK图根点观测流动站时，采用三脚架对中、调平的方法。观测历元数为20，卫星高度角为15(°)，重复2次。RTK图根点处测量的平面坐标变换残差不应大于图上的±0.07 mm。RTK图根点测量高程拟合残差不大于1/10等高线间距。RTK图根点测量平面测量两个测量点的位置差不大于图上±0.1 mm，高程测量各次测量高程较差≤1/10等高距，每个测量结果取中间值作为最终结果。

经野外实地检查，所有图根点精度均在“规范”要求的误差范围之内，可供地形图碎部点采集及地质工程点的测量所用。

2)碎部点测量

RTK测量碎部点的过程中，利用E级GPS网平差计算中得到的7个参数对地心坐标系和局部坐标系进行转换。RTK碎部点高程的测定由7个参数直接确定。RTK碎部点测量平面坐标转换残差不应大于图中±0.1 mm。RTK碎部点测量高程拟合残差不大于1/10等高线间距。RTK碎部点测量流动站观测时使用固定杆高度对中杆对中、整平，观测历元数为1，卫星高度角为10(°),重复1次。当连续采集的一组地形碎部点数据达到一定数量时，检查已知点。当图上检测点坐标差不大于0.50 mm时，可以继续测量。

将RTK地形测量场采集的数据及时从数据记录仪中导出，进行数据备份，同时对数据记录仪内存进行整理。

RTK地形测量野外观测记录采用仪器内置的存储卡和数据采集器，记录项目和结果输出内容如下:

a) 转换参考点的点名(编号)、残差和转换参数；

b) 基准站、流动站的天线高度和观测时间；

c) 流动站的平面、高程收敛精度；

d) 流动站的平面和高程成果数据；

3 应用效果

在哈日扎矿区详查项目控制测量和地形测量工作环节中严格按照技术设计书及各种规范作业，采用技术设计书中的最优测量方法，测量次数优于设计书作业。经实地测量检查V矿带平面点51点，平面中误差=±0.27 m，高程点170点，高程中误差=±0.28 m；VI矿带平面点27点，平面中误差=±0.26 m，高程点78点，高程中误差=±0.26m。各项误差均符合《地质矿产勘查测量规范》要求见表1、表2，1∶2 000地形图碎部点点位测测设合理，采集密度达到成图的要求，线条顺畅，正确地反映了实地的地形及微貌，完全满足详查工作的需要。

RTK平面控制点测量主要技术要求应符合“表1”规定。

表1 RTK平面控制点测量主要技术要求

RTK地形测量主要技术要求应符合“表2”规定。

表2 RTK地形测量主要技术要求

4 结 语

近几年来，由于GPS-RTK技术定位精度高、观测时间短、操作简便、点间无须通视、点位误差不积累等优点，在地质测量工作中，得到了广泛应用；特别是在地形复杂、海拔高、通视困难的矿区，其优越性更加突出，也大大降低了外业观测和内业计算的工作量。虽然GPS-RTK技术在开发的过程中得到了不断改善和提高,但还是存在自身的局限性,例如,一旦操作半径增加,GPS-RTK技术的精度将降低。若在一个茂密的森林矿区测量必须使用GPS-RTK测量与传统方法相结合的方法,以确保测量结果的准确性,所以我们需要不断的测试和比较，将GPS-RTK存在的技术问题作为目前的一个突破点，逐步提高GPS-RTK测绘技术的精确性和可靠性，使GPS-RTK技术真正成为测绘的主力军，发挥更重要的作用。