浅谈RTK技术在地质勘探工程测量中的应用

浅谈RTK技术在地质勘探工程测量中的应用

张海滨

摘要：本文笔者通过多年的工作经验，主要介绍了GPS—RTK技术及其定位模式，重点对GPS-RTK技术在地质勘探工程测量中的勘探网及控制测量、地形测量、工程点布设、勘探线剖面测量、地质工程点定位测量和物化探测量等应用情况进行了分析。并对GPS-RTK技术应用中的测量误差和精度、基准站和移动站的设置以及数据链通讯和作业半径的确定进行了讨论。

关键词：GPS—RTK；准动态定位；动态定位；测量精度 论文发表,职称论文,发表论文网

1．RTK定位技术定义

GPS技术是RTK定位技术的一个新的里程碑，它大大地提高了测量效率并开拓GPS新应用领域。GPS—RTK从根本上改变了测量工作的传统作业方式，GPS定位技术以精度高、速度快、费用省，操作简便等优良特性被广泛应用于控制测量、工程测量、矿山测量、地形测量、城市规划测量、土地勘测定界测量等等当中。特别为地矿系统地质勘探工程测量提供了十分有力的条件。

RTK技术优点

(1)作业效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站测量覆盖率4--5km半径的区域，大大减少了传统测量所要求的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数。仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点的坐标和高程。作业速度快，减轻了作业者劳动强度，节省了外业费用，提高了劳动效率。

(2)定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累，只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为4km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

(3)降低了作业条件要求：RTK技术不要求两点间通视，只要求满足“电磁波通视”。因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

(4)RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大：RTK可胜任很多种外业测绘。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少了常规测量仪器人为操作误差，保证了作业精度。

(5)操作简便，容易使用，数据处理能力强：只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果数据或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地导入计算机，手簿的使用简单易学。

2．RTK定位技术在地质勘探工程测量中的应用

地质勘探工程测量主要任务是矿区地形测量、勘探线剖面测量、钻孔点测量、探槽点测量、地质点测量、矿体露头点测量、水文点测量、坑道测量等等。

矿区地质勘探、矿区地理信息的采集和管理、矿区储量管理和开采监督、矿区土地复垦开发和生态环境整治、矿区规划建设等都离不开大量的测绘工作，而且由于社会发展快、矿区地表变化也大，为了能给决策层提供准确的信息，必然对图纸的现势性和各类工程的分布要求高。矿山测量工作者需要不断地对矿区地形图进行补测和修测以及地勘工程点的准确定位。而RTK的技术特点给我们的测量工作带来很大的便捷，与传统测量手段相比大大减小了工作量，提高了工作效率。采用RTK测地形时，仅需一人背着仪器，在每个地物点、地貌点上观测一分钟左右，就可得到定位结果，并将该点的特征编码输入GPS手簿。野外数据采集完后，由专门的软件进行数据处理，输出所要求的地形图。结合上述RTK技术特点和实际应用体会，补充说明一下其在测图工作中的便利。

(1)减少了人员投入。RTK测图只需1--2人便可完成。且作业效率和精度大大提高，出错率减少。基准站安置好以后在仪器有效作业半径内不需迁站。

(2)在控制点上安置好基准站以后，便可用流动站测量，无需再布设大量的图根控制。

(3)在空旷区、山上植被矮小区，用RTK布设图根控制点或者进行地形测量，会大大提高测图精度和速度。

地勘工程点放样是测量的一个应用分支，它要求把设计好的点位在实地标定出来。采用RTK技术进行工程放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到放样点的位置，既迅速又方便。由于GPS是通过坐标来直接放样的，精度较高也很均匀。采用RTK施测地勘工程点时，仅需一人背着仪器，在每个点上观测一二分钟，就可得到该点的坐标和高程。

3．RTK在地勘测量中的不足及其解决办法

(1)受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在矿区高山峡谷深处及密集森林区，卫星信号被遮挡，使一天中可作业时间受限制，有些地方甚至无信号。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。无信号地方可以采用全站仪进行配合。

(2)天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少．常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化．也就无法进行测量。我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11点之前和下午3：之后，RTK测量结果准而快，而中午时分，很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。

(3)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和乡镇、居民密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同)时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。

(4)初始化能力和所需时间问题。在山区、一般林区、居民密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。

(5)高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。

(6)电量不足问题。RTK耗电量较大，需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业，最好选用汽车用电瓶。

(7)精度和稳定性问题。RTK测量的精度较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响。不同质量的RTK机型，其精度和稳定性差别较大。要解决此类问题，首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机种，然后，要在布设控制点时多布置一些“多余”控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点。

4．RTK测量成果的质量控制

研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95％ ，RTK比静态GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制。质量控制的方法主要有：a．已知点检核比较法----即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。b．重测比较法----每次初始化成功后，先重测1—2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。c、电台变频实时检测法----在测区内建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。

以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，电台变频实时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件。

5．结 语

实践证明(GPS)RTK测量技术给现代矿山测量带来了重大的技术手段变革，极大地方便了矿山测量工作者的日常工作，随着其技术的不断进步，必将给矿山测量带来更大的便利，其在矿山测量中的应用领域将更为广泛。

参考文献：

[1] 郭达志．矿山测量的昨天、今天和明天[c]．第七届全国矿山测量学术会议论文集．2007.ll.

[2] 李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理[M]． 武汉：武汉大学出版社，2005．

[3] 吴北平．GPS网络RTK定位原理与数学模型研究[D]． 武汉大学，2003.