关于RTK测量在地质工程中应用的思考

2022-09-12

GPS定位分为绝对定位和相对定位, 由于定位的精度不同, 一般在测绘工程中都采用相对定位的方式, 相对定位又可分为静态相对定位和动态相对定位, 静态相对定位无法实时提供成果, 而目前广泛采用的实时动态相对定位技术就能解决这一问题。实时动态定位方式主要有实时伪距差分定位 (Real Time Difference简称RTD) , 载波相位差分定位 (Real Time Kinetic简称RTK) 。伪距差分定位是建立在C/A码伪距观测基础上的一种实时定位技术, 其精度只能达到米级, 一般只用在精度较低的测量项目, 而实时载波相位差分是基于载波相位观测值的实时动态定位技术, 能够实时地提供观测站点在指定坐标系中的三维定位成果, 其精度可达到厘米级的高精度。

1 RTK测量技术原理

R T K测量以载波相位观测值为基础, 不同于早先的实时差分GPS (RTD) , RTD是建立在C/A码伪距观测值的基础之上的一种实时定位技术, 其精度只能达到米级。静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测, 对观测值进行处理, 可测得两测站间精密的WGS-84基线向量, 再经过平差→坐标传递→坐标转换等工作, 最后经过严密的解算求得测点的坐标。显然静态测量不具备实时性。而R T K定位技术则是实时动态测量, 需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通讯系统 (亦称数据链) , 将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给移动站, 移动站将基准站传来的载波观测信号与移动站本身采集GPS载波信号, 在系统内组成差分观测值进行实时处理, 解出两站间的基线值, 同时输入相应的坐标转换和投影参数, 实时得到测点坐标, 并同时给出厘米级定位结果, 历时不到一秒钟。在整周未知数解固定后, 即可进行每个历元的实时处理, 只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形, 则移动站就可随时给出厘米级定位结果。

RTK测量系统由以下3部分组成。

(1) GPS信号接收系统。 (2) 数据实时传输系统。 (3) 数据实时处理系统。

2 GPS RTK的测量精度

RTK作业过程中, 基准站借助数据链——调制解调器, 将其观测值站点的坐标信息一起发送给流动站, 流动站通过接收基站的数据及采集的GPS观测数据, 并在其系统内组成差分观测值进行实时处理, 瞬时地绘出厘米级点位 (相对基准站) 。只要能保持5颗以上卫星相位观测值的连续锁定和具有必需的几何图形强度, 则测程在10公里以内的流动站可随时获得厘米级点位成果。

R T K测量所得到的三维坐标成果为WGS-84坐标, 这个测量过程中, 由于受到电离层传播延迟误差、对流层传播延迟误差, 接收机内部噪声等因素的影响, 并且这些影响因素通过差分技术是不可以消除的, 因此这类误差成为GPS RTK测量误差的一部分。在地质勘探工程测量中, 我们所要得到的是地方平面直角坐标系下的直角坐标, 就必须把观测所得到的WGS-84坐标转换到地方坐标系中, 就必然存在模型转换误差, 对于高程则还存在高程拟合模型的误差, 这些转换模型的误差就成为R T K测量误差的另一部分。

那么, RTK测量是否能满足地质勘探测量的要求呢?为此, 我们对地质勘探地区周边已有控制网中6个5"三角点和9个一级埋石图根点进行了观测对比, 其对比结果为 (见表1) 。

由此可见, GPS RTK的测量精度足以满足地质勘探测量工程中相应的规范要求。

利用R T K进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制, 控制测量操作简便、机动性强, 工作效率比传统方法提高数倍, 大大节省人力, 不仅能够达到一级导线测量的精度要求, 而且误差分布均匀, 不存在误差积累问题。但为了得到高精度的测量数据, 必须求出适合于本地区的坐标系统转换参数和水准面模型转换参数。

3 RTK测量在地质勘察测量中的应用

由于GPS RTK测量具有精度高、效率高的优点, 其在地质勘探工程可以完成多项工作。

3.1 控制测量测绘信息网

由于厂矿工业区建筑物密, 通视困难, 采用R T K的技术优势进行测量较为方便。布设图根控制点时为了方便测图使用和便于RTK测量等因素, 应尽量避开高压线、高大建筑物及高密树林等因素对RTK测量的影响。实在无法回避的地方, 可采取增加观测时间、增加观测次数等方法以提高观测精度, 基准站应设在地势较高处 (如山丘或楼顶) 。利用RTK进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制, 控制测量操作简便、机动性强, 工作效率比传统方法提高数倍, 大大节省人力、财力, 不仅能够达到一级导线测量的精度要求, 而且误差分布均匀, 不存在误差积累问题。

3.2 内外业一体化成图

工程地质勘察所用图大多是1∶2000或1∶1000大比例尺地形图和剖面图。用传统方法测图, 工作量大, 速度慢, 花费时间多;用RTK测绘, 具有采集速度快, 精度高的优点, 大大降低了测图的难度, 省时又省力。地质人员在大比例尺地形图上标出地质勘探剖面后, 测量员利用RTK测量就能很方便地实测并绘制出剖面图, 且精度较高。

4 结语

虽然RTK技术已相当成熟, 并被广泛应用, 但是由于地质勘探测量工作通常在山地、丘陵地区, 使用RTK进行测量时经常遇到卫星跟踪受影响和数据通讯不稳定的问题。这种情况下, 只能采用快速静态测量与常规测量相结合, 运用解析法或图解法进行测量。

与传统的光学测量方法相比, G P S RTK作业观测速度较快, 能够提供精度为cm级测量成果, 可以满足勘探测量的技术要求, 非常适合于地质勘探工程中的测量, 可以减少大量的工作强度, 大大提高工作效率及成果质量, 带来更大的经济效益。但是在地形、植被复杂地区由于卫星跟踪和数据通讯的影响, 仍然需要和常规测量相结合, 才能得到符合精度要求的成果。

摘要：本文从GPS技术着手, 首先阐述了RTK测量技术原理及GPSRTK的测量精度, 进而分析了RTK技术在地质工程中的实际应用, 并提出了应注意的问题。

关键词：RTK测量,地质工程,应用