水力论文:浅谈RTK技术在地质勘查工作中的应用

　　浅谈RTK技术在地质勘查工作中的应用
　　刘振承
　　（广西壮族自冶区二一五地质队，广西柳州545005）
　　摘要：RTK（即实时动态测量）技术是GPS测量技术的完善和突破,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，精度可以达到厘米级。本文论述了RTK系统的组成、工作原理及在地质勘查工作中的应用，分析了影响RTK技术测量的因素并提出解决的措施。
　　关键词：RTK技术；地质勘查；放样、定测；控制测量；矿山测量
　　1引言
　　RTK（即实时动态测量）技术是GPS测量技术的完善和突破，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，精度可以达到厘米级。RTK技术的出现，对传统的控制测量方法是一个冲击。地质勘查工作中常需要进行工程放样和定测、控制测量、矿山测量等，使用传统的测量方法费时、费力，操作复杂。若使用RTK技术具有精度高、速度快、全天候的特点，在满足地质勘查测量要求的同时大大提高了工作效率，节省了人力、物力、财力。然而，对于其可靠性，目前还存有争议，因为RTK测量技术存有局限性，易受周围环境、距离和天空环境的影响。随着RTK技术的不断成熟，相信其可以突破局限，得到广泛的应用。
　　2RTK系统的组成及工作原理
　　2.1RTK系统的组成
　　RTK系统由GPS接收装置、数据传输设备和数据实时处理系统组成。GPS接收装置包括基准站和移动站；数据传输设备包括基准站的发射电台和移动站的接收电台，是实现实时动态测量的关键设备；数据实时处理系统是指手簿中安装的数据处理软件，它能够实时解算出移动站的三维坐标，并显示在屏幕上。
　　2.2RTK系统工作原理
　　RTK测量不同于RTD和静态测量。RTD是实时差分GPS，精度只能达到米级，故误差较大。静态测量是用三台或三台以上GPS接收机同时采集数据，然后通过内业对采集的数据进行处理，最后得出精度较高的测站点坐标，故静态测量不具备实时性。而RTK测量则是同时具备实时性和高精度，其以载波相位观测值为基础，是实时动态测量。采用RTK技术测量时，基准站将接收的观测信息和数据用电台传输给移动站，移动站再将基准站传来的信息和数据与自身采集的信息和数据进行实时处理，解算出测站点的坐标，精确度可以达到厘米级，全过程也就一秒钟左右。RTK的关键技术是初始整周模糊度的快速解算，数据链传输的高可靠性和强抗干扰性。RTK系统原理虽然复杂，但操作简单。从应用的角度看，只要有5颗以上的卫星且卫星的几何分布较好，并且基准站和移动站之间的数据通讯良好，就可以实施测量。
　　3RTK技术在地质勘查工作中的应用
　　地质勘查工作中常需要进行工程放样和定测、控制测量、矿山测量等，使用传统的测量方法费时、费力，操作复杂。若使用RTK技术具有无需通视、精度高、速度快、全天候的特点，在满足地质勘查测量要求的同时大大提高了工作效率，节省了人力、物力、财力。
　　3.1RTK工程放样和定测
　　鉴于RTK技术具有精度高、速度快的特点，可以应用其进行工程放样和定测。施工放样和定测时以一台GPS作为基准站，基准站应架设在地势相对较高的位置，且周围50m内不得有高压线和信号塔。基准站架设好以后，选择一个已知点作为控制点，设置移动站，移动站可以是一台或者几台。待移动站也设置好以后，将工作模式调整为点放样或线段放样，点放样时只需输入放样点的坐标，确定后手簿屏幕上就会显示放样点的位置，并提示所在点离放样点的方向和距离；进行线段放样时需同时输入两点的坐标，确定后手簿屏幕上会显示出一条线段。通过参照手簿的提示信息，测量人员可以迅速地找到放样点，与全站仪测量相比，可以节省很多时间，大大提高了工作的效率。在进行多点放样的时候，我建议测量时最好两人一组，这样两人可以轮班休息，避免单人作业由于活动量太大身体受不了。
　　在进行碎步测量时同样可以应用RTK技术，采集测点时可根据工程实际选择采集方法，可以按人为设定的距离进行采集，也可以按设定的时间间隔进行采集，当然也可以人为控制，随意采集。也可以在作业中采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立图根控制点，在图根控制点上由全站仪进行碎部点的数据采集。这样可以减少全站仪因多次转站带来的测量累计误差，提高了全站仪采点的点位绝对精度。
　　3.2RTK控制测量
　　RTK控制测量时，首先用已知控制点建立投影的局部归化参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。使用RTK技术进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度满足要求了，操作者就可以停止观测，而且知道观测质量如何，这样可以提高工作效率。测量前先架设好基准站，基准站宜架设在地势高、开阔的地方，设置好移动站后就可以进行控制测量了，控制测量移动站使用三脚架架设，准确量出仪器高，测量中当平面和高程中误差均小于±1.0cm时，便可进行记录，一般用时在20s左右即可满足中误差要求。在我参加的多次RTK控制测量中，观测值中误差和平均值中误差均可以满足《测量规范》中最弱点的点位中误差小于等于±5cm的要求，说明采用RTK技术进行控制测量是可行的。
　　在水平控制的同时，还应用RTK技术对控制点进行了四等水准测量。根据在RTK测量中的经验总结，RTK测量出的两点间高程误差不受两点间距离的影响，而四等水准的高差精度却与测段的长度有关，也就是说如果RTK测出的高程误差能满足短测段的精度要求，就一定能满足长距离四等水准的精度要求。经实践证明，RTK高程控制测量可以满足《测量规范》对四等水准网的精度要求。
　　3.3RTK矿山测量
　　随着GPS技术的发展和完善，近年来被广泛应用于矿区开采损害监测的变形观测中，变形观测主要有周期性观测和基准站连续运行监测两种方式。其中连续运行监测方式需要在每个监测点上都固定一台GPS双频接收机，其系统运行成本较高，故在矿山测量中得不到普遍推广。当前使用较多的还是周期性观测方式，RTK技术的应用主要是定期测量各个观测点的二维坐标，从而得出测点的水平移动变形数据。岩移观测站的全面观测中需要测量测线交叉点的坐标及进行各个测点的支距测量，利用RTK配置强制归心装置测量各个点位坐标，将数据传输到计算机，在计算机中进行数据分析，不但比传统测量方式测量速度快、数据精度高，而且数据分析方便。
　　4影响RTK测量的因素及解决措施
　　（1）受周围环境和卫星分布的影响
　　因为我国现在所用GPS系统均为租用美国的卫星，所以有些区域在某一固定时间内不能被卫星很好地覆盖，导致测量出现假值。或者是在一些高山峡谷、林木密集区、城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长或一直被遮挡，导致作业时间受限制或作业中断。通过利用多个控制点进行复测比较等方法可以找出测量中出现的假值，若是在时间段内出现测量成果出现问题，可以选择在其他时间进行测量作业，避开卫星覆盖不好的时间段；若卫星信号一直被遮挡，此时可考虑结合全站仪进行测量作业。
　　（2）受距离的影响。每种型号的RTK测量仪器均有一定的工作范围，只要RTK的作业半径超出了这个范围或接近范围的极限，测量结果往往会出现较大偏差，导致误差超限。为解决这个问题，可以再规定的范围内多找几个国家点，在测量区域内多布置控制点，是两个控制点间的距离在RTK允许的作业半径内；目前有些型号的仪器也可以通过插入手机卡的办法来增加RTK的作业半径。