GPS—RTK測量技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

柳淞 孫潔

【摘 要】本文結(jié)合GPS-RTK技術(shù)的內(nèi)涵及工作原理，針對GPS實時動態(tài)技術(shù)及其定位的模式、GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用與GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的優(yōu)缺點及相對應(yīng)的措施，進(jìn)行了詳細(xì)分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】GPS-RTK測量技術(shù)；地質(zhì)勘查；應(yīng)用

一、GPS-RTK技術(shù)的內(nèi)涵及工作原理

1、GPS-RTK技術(shù)的內(nèi)涵

GPS即全球定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了能夠在海陸空實施全方位的實時三維導(dǎo)航和定位，因此具有精度高、效率大、功能多、操作簡便、應(yīng)用廣泛等諸多特點。常規(guī)的GPS測量方法有靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量等，但是這些都需要在事后對其進(jìn)行解算才能獲得高精度的結(jié)果，而且對觀測數(shù)據(jù)的正確與否沒有辦法進(jìn)行實時的檢核，由此就誕生了GPS-RTK技術(shù)。實時動態(tài)定位技術(shù)簡稱RTK技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)的一個新突破，也是測量領(lǐng)域的一個新的里程碑。

2、GPS-RTK測量技術(shù)工作原理

GPS-RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動站和通信系統(tǒng)組成。一個GPS-RTK系統(tǒng)至少需要兩個GPS接收機(jī)分別作為基準(zhǔn)站和流動站。GPS-RTK是根據(jù)載波相位原理獲得的觀測量為基礎(chǔ)的實時差分GPS測量技術(shù)，在野外獲取點位的水平精度可達(dá)到厘米級，其思想是把GPS接收機(jī)設(shè)立在基準(zhǔn)站，用來觀測可見GPS衛(wèi)星，并借助無線電設(shè)備將觀測到的數(shù)據(jù)實時傳送到用戶站。用戶觀測站的GPS接收機(jī)借助無線電設(shè)備接收基準(zhǔn)站觀測到的數(shù)據(jù)，然后實時計算整周未知數(shù)，并計算用戶觀測站的三維坐標(biāo)及精度?；鶞?zhǔn)站將接收到的所有衛(wèi)星信號通過系統(tǒng)傳送給流動站，流動站在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時，也接收基準(zhǔn)站傳來的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。流動站初始化完成后，把接收到的基準(zhǔn)站信息傳給控制器，并將基準(zhǔn)站的載波觀測信號與本身接收到的載波觀測信號進(jìn)行差分處理，即可實時求解出兩站間的基線值，同時輸入相應(yīng)的坐標(biāo)、投影參數(shù)和轉(zhuǎn)換參數(shù)，即可實時求得未知點坐標(biāo)。

二、GPS實時動態(tài)技術(shù)及其定位的模式

1、GPS-RTK技術(shù)

GPS-RTK技術(shù)，能實時觀測、實時解算在任意坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，且精度極高，也能迅速進(jìn)行地點定位和數(shù)據(jù)采集。它主要由以下幾部分組成：全球定位系統(tǒng)控制器、實時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理軟件、進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)腉PS電臺，以及全球定位系統(tǒng)的接收機(jī)和天線。

2、定位模式

（1）快速靜態(tài)測量的模式

快速靜態(tài)測量要求定位系統(tǒng)的接收機(jī)在每一用戶站上，進(jìn)行靜止觀測。且在此過程中，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，同時快速靜態(tài)測量的精度也能達(dá)到毫米級別水平。另外，由于GPS接收機(jī)在工作時的定位精度很高，所以根本沒有必要進(jìn)行連續(xù)定位。當(dāng)然，高精度等一系列的優(yōu)點也讓它在礦山勘探、地籍測量、城市工程測量等方面有了用武之地。

（2）準(zhǔn)動態(tài)測量的模式

準(zhǔn)動態(tài)測量一般應(yīng)用于碎部測量、地籍及路線和工程放樣測量等。它也相近于常用的準(zhǔn)動測量。流動接收機(jī)沒有觀測工作的時候，在任一起始點靜止觀測時，移動站需要觀察至少五顆衛(wèi)星，時間上是12分鐘。移動站也需在已知點進(jìn)行初始化，初始化后，流動的接

收機(jī)在每一觀測站同步進(jìn)行基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)觀測，解算流動站的三維坐標(biāo)。

（3）動態(tài)測量

動態(tài)測量模式一般在一個起始點上靜止觀測一段時間，這方便了初始化工作的開展。然后，流動的接收機(jī)進(jìn)行間隔自動觀測，基準(zhǔn)站進(jìn)行同步觀測，并需實時確定采樣點的空間位置。此模式仍需進(jìn)行觀測衛(wèi)星的同步跟蹤，以確保失鎖時能及時再一次的重新進(jìn)行初始化。對于重新完成初始化工作的任務(wù)，不管是陸上的運動目標(biāo)還是海上和空中的運動目標(biāo)都可以利用AROF技術(shù)來完成。目前，動態(tài)測量的定位精度可達(dá)到厘米級別。實時動態(tài)測量也主要應(yīng)用于航空航天中路線的定位、測量和目標(biāo)的定位、導(dǎo)航等等。

三、GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用

由以上工作原理我們可以看出，GPS-RTK技術(shù)的出現(xiàn)完全改變了傳統(tǒng)的測量方法，僅僅需要幾秒鐘就可以進(jìn)行厘米級的定位，因此在地質(zhì)勘查工作中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1、地質(zhì)工程放樣。

在地質(zhì)勘查工作中經(jīng)常需要進(jìn)行鉆探、槽探等工程，但是由于礦區(qū)地勢陡峭，復(fù)雜，給測量帶來嚴(yán)重的不便，因此，運用GPS-RTK技術(shù)不僅解決了因為地形原因帶來的測量不便問題，還能夠提高測量的工作效率，事半功倍的完成地質(zhì)工程的放樣。

2、圖根控制測量。

通常來講，運用GPS-RTK技術(shù)所得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)能夠滿足圖根控制點的精度要求，因此經(jīng)常運用于礦區(qū)的圖根控制點布設(shè)。這種方法不僅快捷簡便，而且具有較高的精確度。

3、地形測量。

一般情況下，用傳統(tǒng)方法進(jìn)行地形測量時需要1：1000、1：2000、1：5000的比例，所以往往精度差距較大。而采用GPS-RTK技術(shù)不僅能夠解決這個問題，數(shù)字化的測圖還能從很大程度上提高測量地形的工作效率。

4、剖面測量。

運用GPS-RTK技術(shù)對剖面進(jìn)行測量時，集測、放、檢、算于一體，并且還能夠完成土石方的相關(guān)計算，簡便有效。

5、其他相關(guān)應(yīng)用。

雖然全站儀在工程測量中仍發(fā)揮著重要的作用，但是由于其測量方法受到通視和距離等條件的限制，而造成產(chǎn)生設(shè)置測站多、勞動強(qiáng)度大、作業(yè)效率低下等問題，已經(jīng)不能夠適應(yīng)較大范圍內(nèi)的地質(zhì)勘查工作，因此，這種情況下就需要采用GPS-RTK技術(shù)，不僅具有智能化和多樣化的特點，還能夠進(jìn)行記錄、通訊、導(dǎo)航、計算等工作，為地質(zhì)勘查工作提供了較大的便利性。

四、GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的優(yōu)缺點及相對應(yīng)對措施

1、GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的優(yōu)點。

綜上所述中，GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中具有廣泛的應(yīng)用，主要是因為其具有諸多優(yōu)點，如下：

（1）GPS-RTK技術(shù)需要較少的控制點數(shù)量和儀器搬站數(shù)量，從而使作業(yè)速度快、勞動強(qiáng)度低，工作效率高。

（2）GPS-RTK技術(shù)實現(xiàn)了厘米級的三維坐標(biāo)，具有較高的精度，且得到的數(shù)據(jù)安全可靠。

（3）與傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作相比，GPS-RTK技術(shù)對于環(huán)境條件要求低，只要接收衛(wèi)星信號和電訊數(shù)據(jù)傳輸正常，就能夠?qū)崿F(xiàn)快速的定位。

（4）GPS-RTK技術(shù)具有強(qiáng)大的測量功能，其自動化和集成化程度高，無需人工干預(yù)便能夠完成多種測量功能，這樣就減少了人為誤差，確保了工作精度。

（5）GPS-RTK技術(shù)操作簡單，具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，在工作過程中，只要在設(shè)站時進(jìn)行簡單的儀器操作，便能夠?qū)崿F(xiàn)測量結(jié)果和工程放樣。

2、GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的缺點和相對應(yīng)的措施。

雖然GPS-RTK技術(shù)具有許多優(yōu)點，能夠廣泛應(yīng)用于多種地質(zhì)勘查工作中，但是毋庸置疑的是它也具有一些缺陷，其工作過程也會受到各種問題的限制。接下來，本文將根據(jù)GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的缺點相應(yīng)的提出一些應(yīng)對措施，如下：（1）GPS-RTK技術(shù)受到衛(wèi)星圖形的限制。由于受到衛(wèi)星圖形的限制，所以在一段時間內(nèi)被衛(wèi)星覆蓋時容易產(chǎn)生假植。解決這種問題的辦法主要是通過重測比較法來進(jìn)行彌補(bǔ)，即在作業(yè)前先對1到2個已測的地點進(jìn)行檢核，確定是否產(chǎn)生假值。（2）GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中會受到天空環(huán)境的影響。一般在中午時，RTK技術(shù)容易受到電離層的折射干擾，因此出現(xiàn)初始化時間長等問題，甚至無法進(jìn)行初始化而無法進(jìn)行測量。因此，通常情況下放棄在上午11點到下午2點之間進(jìn)行作業(yè)。（3）RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)鏈在傳輸時容易受到高頻信號的干擾，這種情況主要出現(xiàn)在地形起伏較高的山區(qū)或是城鎮(zhèn)樓房密集的地方。解決這種問題主要是通過將基準(zhǔn)站設(shè)置在有效半徑控制范圍內(nèi)的中央最高點，使其遠(yuǎn)離磁場較強(qiáng)的地方。（4）在測量時GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)化容易產(chǎn)生異常。我國有些山區(qū)的高程異常圖存在較大的誤差，因而使得GPS在進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換時相當(dāng)困難，精度也不準(zhǔn)確，因此對于這種情況，應(yīng)該在作業(yè)時盡量多地測量精度可靠地高程，并適當(dāng)?shù)目s小作業(yè)面積，確保高程測量本身的觀測質(zhì)量。

結(jié)束語：

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國西部大開發(fā)的進(jìn)程逐漸加快，因而地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作也進(jìn)入了新的軌道，并面臨著前所未有的機(jī)遇。GPS技術(shù)作為應(yīng)用于測繪領(lǐng)域的一項重大技術(shù)革命，廣泛用于礦產(chǎn)勘查工程測量中。而RTK實時動態(tài)定位是靜態(tài)GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個重要突破，開發(fā)了工程測量技術(shù)的潛力，因此，GPS-RTK技術(shù)在實際工作當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。

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