水力論文:淺談RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用

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　　淺談RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用
　　劉振承
　　（廣西壯族自冶區(qū)二一五地質(zhì)隊(duì)，廣西柳州545005）
　　摘要：RTK（即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量）技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)的完善和突破,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，精度可以達(dá)到厘米級(jí)。本文論述了RTK系統(tǒng)的組成、工作原理及在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用，分析了影響RTK技術(shù)測(cè)量的因素并提出解決的措施。
　　關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；地質(zhì)勘查；放樣、定測(cè)；控制測(cè)量；礦山測(cè)量
　　1引言
　　RTK（即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量）技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)的完善和突破，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，精度可以達(dá)到厘米級(jí)。RTK技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法是一個(gè)沖擊。地質(zhì)勘查工作中常需要進(jìn)行工程放樣和定測(cè)、控制測(cè)量、礦山測(cè)量等，使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，操作復(fù)雜。若使用RTK技術(shù)具有精度高、速度快、全天候的特點(diǎn)，在滿足地質(zhì)勘查測(cè)量要求的同時(shí)大大提高了工作效率，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力。然而，對(duì)于其可靠性，目前還存有爭(zhēng)議，因?yàn)镽TK測(cè)量技術(shù)存有局限性，易受周?chē)h(huán)境、距離和天空環(huán)境的影響。隨著RTK技術(shù)的不斷成熟，相信其可以突破局限，得到廣泛的應(yīng)用。
　　2RTK系統(tǒng)的組成及工作原理
　　2.1RTK系統(tǒng)的組成
　　RTK系統(tǒng)由GPS接收裝置、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)組成。GPS接收裝置包括基準(zhǔn)站和移動(dòng)站；數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備包括基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)和移動(dòng)站的接收電臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)是指手簿中安裝的數(shù)據(jù)處理軟件，它能夠?qū)崟r(shí)解算出移動(dòng)站的三維坐標(biāo)，并顯示在屏幕上。
　　2.2RTK系統(tǒng)工作原理
　　RTK測(cè)量不同于RTD和靜態(tài)測(cè)量。RTD是實(shí)時(shí)差分GPS，精度只能達(dá)到米級(jí)，故誤差較大。靜態(tài)測(cè)量是用三臺(tái)或三臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)內(nèi)業(yè)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后得出精度較高的測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)，故靜態(tài)測(cè)量不具備實(shí)時(shí)性。而RTK測(cè)量則是同時(shí)具備實(shí)時(shí)性和高精度，其以載波相位觀測(cè)值為基礎(chǔ)，是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。采用RTK技術(shù)測(cè)量時(shí)，基準(zhǔn)站將接收的觀測(cè)信息和數(shù)據(jù)用電臺(tái)傳輸給移動(dòng)站，移動(dòng)站再將基準(zhǔn)站傳來(lái)的信息和數(shù)據(jù)與自身采集的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，解算出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，精確度可以達(dá)到厘米級(jí)，全過(guò)程也就一秒鐘左右。RTK的關(guān)鍵技術(shù)是初始整周模糊度的快速解算，數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷?qiáng)抗干擾性。RTK系統(tǒng)原理雖然復(fù)雜，但操作簡(jiǎn)單。從應(yīng)用的角度看，只要有5顆以上的衛(wèi)星且衛(wèi)星的幾何分布較好，并且基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間的數(shù)據(jù)通訊良好，就可以實(shí)施測(cè)量。
　　3RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用
　　地質(zhì)勘查工作中常需要進(jìn)行工程放樣和定測(cè)、控制測(cè)量、礦山測(cè)量等，使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，操作復(fù)雜。若使用RTK技術(shù)具有無(wú)需通視、精度高、速度快、全天候的特點(diǎn)，在滿足地質(zhì)勘查測(cè)量要求的同時(shí)大大提高了工作效率，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力。
　　3.1RTK工程放樣和定測(cè)
　　鑒于RTK技術(shù)具有精度高、速度快的特點(diǎn)，可以應(yīng)用其進(jìn)行工程放樣和定測(cè)。施工放樣和定測(cè)時(shí)以一臺(tái)GPS作為基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)在地勢(shì)相對(duì)較高的位置，且周?chē)?0m內(nèi)不得有高壓線和信號(hào)塔。基準(zhǔn)站架設(shè)好以后，選擇一個(gè)已知點(diǎn)作為控制點(diǎn)，設(shè)置移動(dòng)站，移動(dòng)站可以是一臺(tái)或者幾臺(tái)。待移動(dòng)站也設(shè)置好以后，將工作模式調(diào)整為點(diǎn)放樣或線段放樣，點(diǎn)放樣時(shí)只需輸入放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，確定后手簿屏幕上就會(huì)顯示放樣點(diǎn)的位置，并提示所在點(diǎn)離放樣點(diǎn)的方向和距離；進(jìn)行線段放樣時(shí)需同時(shí)輸入兩點(diǎn)的坐標(biāo)，確定后手簿屏幕上會(huì)顯示出一條線段。通過(guò)參照手簿的提示信息，測(cè)量人員可以迅速地找到放樣點(diǎn)，與全站儀測(cè)量相比，可以節(jié)省很多時(shí)間，大大提高了工作的效率。在進(jìn)行多點(diǎn)放樣的時(shí)候，我建議測(cè)量時(shí)最好兩人一組，這樣兩人可以輪班休息，避免單人作業(yè)由于活動(dòng)量太大身體受不了。
　　在進(jìn)行碎步測(cè)量時(shí)同樣可以應(yīng)用RTK技術(shù)，采集測(cè)點(diǎn)時(shí)可根據(jù)工程實(shí)際選擇采集方法，可以按人為設(shè)定的距離進(jìn)行采集，也可以按設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行采集，當(dāng)然也可以人為控制，隨意采集。也可以在作業(yè)中采用RTK測(cè)量模式的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確快速地建立圖根控制點(diǎn)，在圖根控制點(diǎn)上由全站儀進(jìn)行碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。這樣可以減少全站儀因多次轉(zhuǎn)站帶來(lái)的測(cè)量累計(jì)誤差，提高了全站儀采點(diǎn)的點(diǎn)位絕對(duì)精度。
　　3.2RTK控制測(cè)量
　　RTK控制測(cè)量時(shí)，首先用已知控制點(diǎn)建立投影的局部歸化參數(shù)，儀器將直接記錄坐標(biāo)和高程，查看解算后每個(gè)控制點(diǎn)的水平殘差和垂直殘差。使用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量，能夠?qū)崟r(shí)知道定位精度，如果點(diǎn)位精度滿足要求了，操作者就可以停止觀測(cè)，而且知道觀測(cè)質(zhì)量如何，這樣可以提高工作效率。測(cè)量前先架設(shè)好基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站宜架設(shè)在地勢(shì)高、開(kāi)闊的地方，設(shè)置好移動(dòng)站后就可以進(jìn)行控制測(cè)量了，控制測(cè)量移動(dòng)站使用三腳架架設(shè)，準(zhǔn)確量出儀器高，測(cè)量中當(dāng)平面和高程中誤差均小于±1.0cm時(shí)，便可進(jìn)行記錄，一般用時(shí)在20s左右即可滿足中誤差要求。在我參加的多次RTK控制測(cè)量中，觀測(cè)值中誤差和平均值中誤差均可以滿足《測(cè)量規(guī)范》中最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差小于等于±5cm的要求，說(shuō)明采用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量是可行的。
　　在水平控制的同時(shí)，還應(yīng)用RTK技術(shù)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行了四等水準(zhǔn)測(cè)量。根據(jù)在RTK測(cè)量中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，RTK測(cè)量出的兩點(diǎn)間高程誤差不受兩點(diǎn)間距離的影響，而四等水準(zhǔn)的高差精度卻與測(cè)段的長(zhǎng)度有關(guān)，也就是說(shuō)如果RTK測(cè)出的高程誤差能滿足短測(cè)段的精度要求，就一定能滿足長(zhǎng)距離四等水準(zhǔn)的精度要求。經(jīng)實(shí)踐證明，RTK高程控制測(cè)量可以滿足《測(cè)量規(guī)范》對(duì)四等水準(zhǔn)網(wǎng)的精度要求。
　　3.3RTK礦山測(cè)量
　　隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和完善，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)開(kāi)采損害監(jiān)測(cè)的變形觀測(cè)中，變形觀測(cè)主要有周期性觀測(cè)和基準(zhǔn)站連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)兩種方式。其中連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)方式需要在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上都固定一臺(tái)GPS雙頻接收機(jī)，其系統(tǒng)運(yùn)行成本較高，故在礦山測(cè)量中得不到普遍推廣。當(dāng)前使用較多的還是周期性觀測(cè)方式，RTK技術(shù)的應(yīng)用主要是定期測(cè)量各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的二維坐標(biāo)，從而得出測(cè)點(diǎn)的水平移動(dòng)變形數(shù)據(jù)。巖移觀測(cè)站的全面觀測(cè)中需要測(cè)量測(cè)線交叉點(diǎn)的坐標(biāo)及進(jìn)行各個(gè)測(cè)點(diǎn)的支距測(cè)量，利用RTK配置強(qiáng)制歸心裝置測(cè)量各個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，不但比傳統(tǒng)測(cè)量方式測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)精度高，而且數(shù)據(jù)分析方便。
　　4影響RTK測(cè)量的因素及解決措施
　　（1）受周?chē)h(huán)境和衛(wèi)星分布的影響
　　因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)在所用GPS系統(tǒng)均為租用美國(guó)的衛(wèi)星，所以有些區(qū)域在某一固定時(shí)間內(nèi)不能被衛(wèi)星很好地覆蓋，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)假值�；蛘呤窃谝恍└呱綅{谷、林木密集區(qū)、城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)或一直被遮擋，導(dǎo)致作業(yè)時(shí)間受限制或作業(yè)中斷。通過(guò)利用多個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)比較等方法可以找出測(cè)量中出現(xiàn)的假值，若是在時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)測(cè)量成果出現(xiàn)問(wèn)題，可以選擇在其他時(shí)間進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，避開(kāi)衛(wèi)星覆蓋不好的時(shí)間段；若衛(wèi)星信號(hào)一直被遮擋，此時(shí)可考慮結(jié)合全站儀進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。
　　（2）受距離的影響。每種型號(hào)的RTK測(cè)量?jī)x器均有一定的工作范圍，只要RTK的作業(yè)半徑超出了這個(gè)范圍或接近范圍的極限，測(cè)量結(jié)果往往會(huì)出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致誤差超限。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以再規(guī)定的范圍內(nèi)多找?guī)讉€(gè)國(guó)家點(diǎn)，在測(cè)量區(qū)域內(nèi)多布置控制點(diǎn)，是兩個(gè)控制點(diǎn)間的距離在RTK允許的作業(yè)半徑內(nèi)；目前有些型號(hào)的儀器也可以通過(guò)插入手機(jī)卡的辦法來(lái)增加RTK的作業(yè)半徑。