地质勘查测绘中GPS-RTK技术

地质勘查测绘中GPS-RTK技术

苏波

江苏华东有色深部地质勘查有限责任公司(江苏省有色金属华东地质勘查局资源调查与评价研究院)  江苏南京 210000

摘要：在地质勘查测绘阶段，通过GPS-RTK技术的应用，提高了地质勘查测绘的效率。为了能够对GPS-RTK技术的应用情况有更为全面的了解，本文在阐述地质勘查测绘工作要求的同时，对GPS-RTK测绘技术的优势以及应用方式进行了深入研究。分析表明GPS-RTK测绘技术的应用在实践阶段可以提高测绘的数据精度，同时具有简便、快捷性，能够给该行业的发展提供良好帮助，该技术值得推广使用。

关键词：地质勘查；测绘；GPS-RTK；技术分析

引言

当前随着我国科学技术的不断发展，各种新型的测绘技术得以出现。新型测绘技术的出现，在一定的程度上能够有效克服传统野外测绘存在的问题以及相关的局限性，满足促进测绘发展的需求。GPS-RTK测绘技术作为一种全新的技术类型，具备便捷的数据采集能力和显著的数据处理能力，大大的提高了矿产测绘的效率以及质量。因此对GPS-RTK技术的应用情况进行分析，对提高地质勘查勘查各项工作开展有着重要帮助。

1 概述

    RTK(Real-Time-Kinematic)技术是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算并进行数据处理，在1~2秒时间内得到高精度位置信息的技术。与静态定位方法相比，定位模式相同，仅要在基准站和流动站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。

这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。RTK测量采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。

2  RTK工作原理

理论上， GNSS接收机在超过四颗卫星的情况下就能实现定位。但是卫星定位存在以下误差：

    (1) 卫星星历误差：卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称之为卫星轨道误差。

(2) 时钟误差：卫星钟差是指GPS卫星上原子钟的钟面时与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内 。

(3)大气层影响：大气层中的电离层和对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度和传播路径发生变化，从而令距离测量产生偏差。

(4) 多路径效应：测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,对直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。

(5) 与接收机有关的误差：与接收机有关的误差包括接收机钟误差、接收机安置误差、天线相位中心位置误差以及几何图形强度误差等。

正是由于这一系列误差，GPS的定位精度只能达到米级。在GPS测量中，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度。

RTK测量采用了载波相位动态实时差分方法，解决了GPS定位的系统误差，大大提高了GPS实时定位的精度，是GPS应用的重大里程碑。它由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成。 在基准站上安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度。在这一过程中，由于观测条件、信号源等的影响会有误差，即为仪器标定误差,一般为平面1cm+1ppm·D，高程2cm+1ppm·D。由于GPS测量所用坐标系统与我国常用坐标系统不一致，所以在使用GPS-RKT测量技术时需要进行坐标系统的转换，坐标系统转换不精确必然会影响到测量结果的精度和可靠性，转换参数的准确程度则是影响坐标系统转换精确程度的主要因素。确定转换参数时首先要进行转换控制点的选择，转换控制点选择不同，转换参数往往不同，此外，采用不同的转换参数求解方式，所获得的转换参数值也不尽相同。实际测量工作中根据实际需要常用7参数和4参数这两种转换参数求解方式。公共点均匀分布在转换区域内，最好是覆盖转换区域，可以提高转换精度。求完转换参数后开始正式测量作业前，最好找一个非求参的另外已知点进行检核，以确保测量数据的准确性。

显然传统RTK的定位误差会随着流动站与基准站的距离的增长而增大，误差增大使的流动站和基准站的作业距离受到了限制。在一个较大范围的项目实施过程中，需要不断移动基准站，架设中继站，增加了工作强度，降低了作业效率。为解决这一问题，网络RKT技术横空出世，完美的解决了上述问题，使得GPS定位技术的应用得到了长足的发展，应用领域进一步拓展。

虚拟参考站技术（Virtual Reference Station，简称VRS）也称虚拟基准站技术，是一种网络实时动态测量（RTK）技术。虚拟参考站技术主要由控制中心、固定站和用户3部分组成。与常规的RTK测量不同，VRS网络各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，移动用户在工作前，先通过GSM的短信息功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发出来的信息，整体的改正GPS的轨道误差，电离层，对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发送给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。同时还减少了GNSS接收机的投入数量，产生了较大的经济效益。

3  GPS-RTK在地质勘查测绘中的实际应用

3.1  测区图根点的布设

　　一般情况下，通过应用GPS-RTK技术所测得的坐标数据完全能够满足图根点控制精度的要求。因此，在具体的地质勘查工作当中，可运用其对矿区进行图根控制点的布设。这样做不但快捷方便，亦保证了相对较高的精确度。

3.2  地质普查和详查阶段的地形测量

大比例尺地形测量是传统测绘工作的难点，地形的高度和坡度会影响测量精度。同时，人工测量会直接降低工程效率，增加测量成本。在GPS-RTK技术的应用中，只要满足无线信号传输的要求，就可以进行地形数据的测量和采集。地质勘查工作中需要对矿区地形进行测量(一般为1：1000、1：2000、1：5000三种)，一般由于地勘实地地貌复杂多变，运用GPS-RTK技术联同全站仪，实施数字化的测图，从而很大程度上提高地形测量的工作效率。

3.3   物化探测量

测量工程中物探、化探探测，是指在测量区域内沿直线等距或者按比例设置物探、化探测点和采样点，并布置地球物理和地球化学探测网和测量网进行测量。利用GPS-RTK技术可以更方便地实现物化检测网络。在测量过程中，工程师首先将基线输入到测量设备中，然后通过线路循环的方法实现测量点的布置和数据检测。

3.4   地质剖面测量

剖面测量时，工程师首先将剖面线上的起讫点及转点坐标输入RTK测量系统中，该系统用于测量测点到剖面线的距离，直观快速的引导工作人员测得剖面线上点位平面坐标和高程，绘制符合要求的地质剖面图。

3.5   地质工程的放样

    地质勘查工作做通常需要进行勘探线的布设，并且应进行必要的钻探、槽探、物化探、硐探等工程，但往往因矿区山势陡峻、地形复杂、面积较大等因素对通视情况造成严重影响，运用常规的传统测量方法，如全站仪、经纬仪测量工作效率不高，而运用GPS-RTK技术，因具备电磁波通视的优点，就可以事半功倍的完成工程放样。

4 结语

随着科学技术的进步，在现代的地质勘探工作中通常会应用到各种高新技术和先进的勘探仪器。GPS-RTK技术是现代地质勘探中一种常用的技术，该技术能够大幅度提高地质勘探工作的效率和质量，并且其还有精度高和使用经费低等优势，因此其在现代的地质勘探工作中备受青睐。而地质勘查测绘作为地质勘探工作的重要环节，通常也会应用到GPS-RTK测绘技术，而GPS-RTK测绘技术主要是为地勘工作提供不同比例尺的地形图和物化探布设规则测网以及地质剖面图等工作。随着GPS-RTK测绘技术的应用，使得地质勘查测绘的效率和质量都得到了大幅度的提升。总而言之，由于GPS-RTK测绘技术的定位精度很高，并且操作方便，同时还能够为地质勘查测绘工作人员的工作提供极大的便利。因此，使得GPS-RTK测绘技术在应用的同时被迅速推广。近年来，摄影测量技术和遥感技术也取得了突飞猛进的发展，为测绘学科的建设注入了强近动力。在工程实施过程中，我们要学会用辩证的眼光看待事物，做到统筹全局，将这些先进的测绘方法相互融合，根据实际情况选择最优的解决方案，推动地质勘探行业更高质量更高效的发展。

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