淺談RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

劉明超

摘要:RTK技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破,在很多領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用,目前在礦山測(cè)量中也有非常好的應(yīng)用前景。文章闡述了RTK技術(shù)的原理和在野外測(cè)量作業(yè)中的實(shí)施,以及RTK應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)及處理方法。

關(guān)鍵詞:GPS;RTK;野外數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào):TD17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)20-0054-01

常規(guī)的GPS測(cè)量方法,如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度,而RTK(Real Time Kinematic)采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法,實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量,在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度,是GPS應(yīng)用的重大里程碑。它的出現(xiàn)為野外勘探工程放樣、塌陷征遷理賠、地形測(cè)圖等礦山測(cè)量應(yīng)用帶來(lái)了新曙光,極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

1RTK技術(shù)的原理

高精度的GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值,RTK定位就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下,將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上,基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間的GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào),基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較,得到GPS差分改正值。然后將改正值通過(guò)無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)或GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳遞給共視衛(wèi)星的流動(dòng)站,流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置,給出厘米級(jí)定位結(jié)果,歷時(shí)一秒鐘左右。

RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)(偽距觀測(cè)值,相位觀測(cè)值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī),數(shù)據(jù)量比較大,一般要求9600波特率以上的傳輸速率,這在無(wú)線電上不難實(shí)現(xiàn)。但由于無(wú)線電電臺(tái)一般傳播距離較短,覆蓋范圍小,受干擾大,當(dāng)進(jìn)行大范圍的測(cè)量工作時(shí),需不停的更換基準(zhǔn)站,不僅耗時(shí)而且費(fèi)力,因此這種測(cè)量方法就受到了一定的限制。隨著科技的進(jìn)步,數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展,由原先的電臺(tái)傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GSM、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸,大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率、可靠性和范圍。RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+N發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS,有些城市還建立起CORS系統(tǒng)(覆蓋全地區(qū)的參考站網(wǎng)),這就大大提高了RTK的測(cè)量范圍。RTK具有定位速度快,精度高,節(jié)省人力,全天候觀測(cè),減輕觀測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2Lecia流動(dòng)站配置

2.1Lecia流動(dòng)站硬件配置

以我單位為例,因鄰近顧橋礦已建立起徠卡GPS參考基準(zhǔn)站,可完全覆蓋顧北井田范圍,于是采用TPS1200型全站儀升級(jí)的方式采購(gòu)了徠卡流動(dòng)站,利用GPRS互聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)傳輸方式,這樣既節(jié)約了儀器配置經(jīng)費(fèi),又克服了傳播距離短的限制,而且流動(dòng)性極強(qiáng)。包括:天線、手機(jī)、對(duì)中桿、控制器、電池、充電器等。

2.2手簿設(shè)置

2.2.1 藍(lán)牙設(shè)置

打開(kāi)手簿電源,點(diǎn)擊配置集→接口設(shè)置,smartantenna設(shè)置為藍(lán)牙1,用來(lái)連接ATX1230天線,波特率設(shè)為115200,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,打開(kāi)天線電源,搜尋藍(lán)牙設(shè)備,連接成功后,GPS天線中間藍(lán)燈閃爍,且手簿上顯示藍(lán)牙1已連接。INTERNET設(shè)置為藍(lán)牙2,與藍(lán)牙手機(jī)連接,設(shè)置同上,流控制設(shè)為RTS/CTS。

2.2.2GPRS上網(wǎng)設(shè)置

實(shí)時(shí)接口設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)1,設(shè)備:INTERNET,實(shí)時(shí)模式:流動(dòng)站。參考站傳感器:GX1230,參考站天線:ATX1230 Smartstn。

2.2.3GPRS網(wǎng)絡(luò)連接

在中國(guó)移動(dòng)開(kāi)通GPRS包月上網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù),設(shè)置IP為基準(zhǔn)站提示地址、 IP端口、連接類型等。

2.2.4建立本測(cè)區(qū)坐標(biāo)系

由于儀器默認(rèn)坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系,顯示測(cè)點(diǎn)大地經(jīng)、緯度值及大地高,使用中非常不便,故需建立測(cè)區(qū)地方坐標(biāo)系。新建作業(yè),輸入測(cè)區(qū)內(nèi)已知等級(jí)控制點(diǎn)(三個(gè)以上)的成果資料,以作為測(cè)區(qū)坐標(biāo)系的校正數(shù)據(jù)。再建一個(gè)作業(yè),在測(cè)區(qū)控制點(diǎn)上WGS84坐標(biāo)系下分別進(jìn)行靜態(tài)GPS測(cè)量,保存數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊測(cè)量應(yīng)用程序→定義坐標(biāo)系,輸入坐標(biāo)系名稱、WGS84作業(yè)、地方坐標(biāo)點(diǎn)作業(yè)以及轉(zhuǎn)換方法、轉(zhuǎn)換類型、高程模式即可。如果已知點(diǎn)精度很好,那么水平、垂直殘差會(huì)在5cm以內(nèi)。如此 ,下次開(kāi)機(jī)連接完畢后,輸入點(diǎn)名,代碼,測(cè)量方式,天線高,就可進(jìn)行測(cè)量、放樣等工作了。

3Lecia流動(dòng)站使用中的注意事項(xiàng)

RTK涉及載波相位模糊度的求解,評(píng)定RTK采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞取決于三個(gè)主要因素:精度、可靠性及求得固定解的時(shí)間。根據(jù)本人的使用經(jīng)驗(yàn),采集時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題:

3.1RTK初始化

在開(kāi)始測(cè)量前,可先在某一已知點(diǎn)上,靜止地觀測(cè)幾分鐘,進(jìn)行初始化工作。應(yīng)盡量復(fù)測(cè)已測(cè)過(guò)的幾個(gè)點(diǎn),以便檢查初始化、基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的參數(shù)設(shè)置的正確性。因?yàn)楫?dāng)把接受機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),接受機(jī)中的參數(shù)很容易改變,而野外測(cè)量時(shí)又很難知道實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果是否正確。故需與已知點(diǎn)比對(duì),進(jìn)行初始化質(zhì)量檢查。

3.2衛(wèi)星信號(hào)失鎖

在觀測(cè)過(guò)程中,要保持對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失鎖,必須重新進(jìn)行初始化。而采用藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸又易斷開(kāi)連接,因此手簿中可設(shè)置衛(wèi)星失鎖自動(dòng)報(bào)警,以進(jìn)行提醒停止觀測(cè)。在衛(wèi)星失鎖的地方,靜止地等待幾分鐘,直到重新連接,重初始化后,盡量回到附近已測(cè)過(guò)的點(diǎn)上進(jìn)行復(fù)測(cè),以便檢查RTK衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定性。

3.3RTK測(cè)量數(shù)據(jù)可靠性檢查

RTK測(cè)量的衛(wèi)星信號(hào)受環(huán)境影響很大,穩(wěn)定性較差,所以應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠性檢查。打開(kāi)配置集→測(cè)量設(shè)置→質(zhì)量控制設(shè)置,進(jìn)行CQ控制:平面及高程參數(shù)設(shè)置。在測(cè)量結(jié)束前,可在已測(cè)過(guò)的一個(gè)測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行快速靜態(tài)測(cè)量,實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因?yàn)殪o態(tài)測(cè)量的穩(wěn)定性和精度比動(dòng)態(tài)測(cè)量要高,可進(jìn)一步檢查測(cè)量結(jié)果。

參考文獻(xiàn):

[1] 邵金強(qiáng),羅斐.GPS—RTK技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].貴 州地質(zhì),2007,(4).