在煤田勘探過程中如何采用GPS測量技術

張夢楠(河南省煤田地質(zhì)局四隊,河南平頂山 467000)

在煤田勘探過程中如何采用GPS測量技術

張夢楠(河南省煤田地質(zhì)局四隊,河南平頂山 467000)

本文論述了GPSRTK技術的相關原理,并進行誤差分析和精度評定,最后重點闡述了GPS RTK測量技術在煤田地質(zhì)勘探中的應用。

GPSRTK 測量技術 精度評定 勘探

1 概述

隨著計算機科學技術的應用與發(fā)展，GPS定位技術的研究也在不斷深入，加之其他相關學科的帶動，GPS技術獲得了廣泛應用。現(xiàn)在的控制測量與工程測量中普遍采用GPS定位技術，取代常規(guī)的手動測量方式，它具有操作簡便、測量精度高、成本低等優(yōu)點。該技術建立的控制網(wǎng)鄰點間距較小，可以直接服務于國民經(jīng)濟基本建設，在煤田地質(zhì)勘探中作為首位測量工作，并對控制點進行準確測量。而RTK實時動態(tài)測量技術標志著GPS測量技術進入一個新的階段，此技術依據(jù)載波相位觀測量，對GPS技術進行實時差分，技術手段逐步趨于成熟，在礦區(qū)、油田和建筑工程中都具有良好應用，可以為煤田地質(zhì)勘探工作提供及時、準確的數(shù)據(jù)成果。近些年來，控制點隨時間發(fā)生變化導致點毀壞或丟失以及透視率低等現(xiàn)象，也在很大程度上影響測量工作，引進更新技術，在很大程度上提高GPS RTK技術的測量精度和效率。

2 GPSRTK技術介紹

RTK技術融合了很多高科技，包括接收機、無線電技術，能夠及時地提供精確到厘米級別的測量成果，操作簡便，節(jié)省勞動強度，使得工作效率大幅度提高。

2.1 基本原理

GPS RTK技術是依據(jù)載波相位觀測的實時差分GPS測量技術，其接收衛(wèi)星信號時，借助兩臺或多臺GPS接收機，安排其中一臺接收機為基準站，剩余為移動站。在正常的操作過程中，兩個站點要同時跟蹤多于五顆衛(wèi)星，基準站連續(xù)觀測可見衛(wèi)星，然后將數(shù)據(jù)信息(包括基站坐標、偽距值、載波相位值等)進行編碼和調(diào)試后，通過無線電發(fā)送給移動站，移動站將自身采集的載波相位觀測數(shù)據(jù)與接收到的數(shù)據(jù)進行比較后，將數(shù)據(jù)作差分處理，獲取三維坐標差值，再與基準站得到的實時坐標相加，就可得到單個點的平面坐標值和高程值。通常情況下，RTK技術不易受到外界的干擾和影響，只要基本環(huán)境和條件符合操作所需，就能進行快速、準確的測量。此外，在定位過程中，認為因素對測量的影響也較少，在很大程度上也保證了測量精度。近些年，cm級的GPS RTK的測量技術已在煤田測量實踐中取得了良好成效。

2.2 系統(tǒng)配置

RTK測量系統(tǒng)通常包括數(shù)據(jù)接收、傳輸及處理設備。大多RTK產(chǎn)品的標配為一個基準站加一個或多個移動站。基準站和移動站的主要組成部分都有GPS接收機和無線電臺數(shù)據(jù)鏈，另外，基準站還有電源、腳架等部件；移動站還包括操作手簿、對中桿；數(shù)據(jù)處理設備在作業(yè)前，用于實施數(shù)據(jù)準備，在作業(yè)過程中進行數(shù)據(jù)傳輸，在作業(yè)后對數(shù)據(jù)進行整理和比較分析。

2.3 精度評定與誤差來源分析

GPSRTK是實時差分測量，操作簡便，精度和速度都比較好，煤田地質(zhì)勘探工程的測區(qū)面積一班在一百平方公里內(nèi)，參數(shù)系統(tǒng)比較簡單。而由于技術的時效性，我們對該技術的精度予以評定時，通常使用以下指標：(1)載波相位的整周模糊度，檢驗其求解值是否固定不變。實際測量過程中，基站與移動站的間距不超過6km，要使得載波相位的整周模糊度固定不變，就要盡可能地提高點位觀測值的精度。(2)均方根(RMS)檢驗。均方根表征RTK定位點的觀測精度，覆蓋約70%的定位數(shù)據(jù)的誤差圓的半徑。參考以往的作業(yè)實踐，表明RTK采集的定位點的精度足夠小，滿足煤炭勘探相關規(guī)定的測量誤差誤差，同時也滿足煤炭勘探一定比例尺地形圖中測繪地面實物的精度要求。

盡管GPS RTK在煤田地質(zhì)勘探工程中的測量誤差很小，不超過要求范圍，但我們還需要了解誤差的具體來源，以便進行更好的控制，通常情況下，誤差來源主要有以下幾方面：(1)信號傳輸過程中，外界因素干擾造成的誤差。外界影響主要指信號干擾、天氣變化及多路徑效應等。(2)由GPS衛(wèi)星定位不準產(chǎn)生的誤差，包括星歷誤差、鐘誤差及相對效應；(3)信息接收過程中造成的誤差，包括接收機錯位、天線相位移動等；(4)由模型導致的誤差，包括左邊轉換誤差和高程擬合誤差。

3 GPS RTK技術在煤田地質(zhì)勘探測量中的具體應用

3.1 作業(yè)條件

GPSRTK作業(yè)中，應具備如下幾項基本條件：(1)基準站的站點坐標精度要高，且基準站宜設在地勢較高，周圍障礙物高度角較小的位置，這樣便于信號接收和發(fā)送。(2)基準站和移動站周圍應無強電源和強信號干擾，無高大阻礙物，避免數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于數(shù)據(jù)鏈丟失或路徑有誤而影響數(shù)據(jù)精度。同時站間距應控制在6km以內(nèi)。

3.2 作業(yè)流程

GPSRTK作業(yè)多是測量和放樣。基準站和移動站的作業(yè)流程分別為：(1)基準站：安置站點—設置GPS接收機—設置基準站坐標—設置通訊設備。(2)移動站：1)測量，鏈接站點—設置GPS接收機—讀入基站坐標參數(shù)—設置通訊設備—點位測量；2)放樣，點坐標設計—讀入坐標—鏈接站點—設置GPS接收機—讀入基站坐標參數(shù)—設置通訊設備—測出點位。

3.3 作業(yè)控制測量及數(shù)據(jù)采集與放樣測量

(1)控制測量：由于控制點時間久遠，導致通視度低，此時RTK技術的優(yōu)勢在于控制點布設中無法躲避障礙物時，可延長測量時間，多次測量來提高精度。(2)數(shù)據(jù)采集：利用可攜帶電子本記錄野外采集的數(shù)據(jù)信息，下載Photoshop、CAD等成圖軟件將采集到的數(shù)據(jù)信息繪制成圖。(3)放樣測量：將放樣點的坐標輸入電子手簿中，根據(jù)系統(tǒng)提示確定出移動站放樣的點位。其速度與直接拿GPS機接收幾乎一樣快，且精度遠高于GPS機。

3.4 作業(yè)步驟

通過實地勘察，在勘探區(qū)范圍內(nèi)尋找適合的點，并根據(jù)工程的需要選取坐標，需要進行以下操作：(1)進行坐標校正，最終達到勘探測量所要求的施工標準精度。(2)進行布孔測量，基準站設置在勘探區(qū)中心，提高布孔測量的精度。(3)移動站手簿記錄，通過軟件操作，提高數(shù)據(jù)處理精度。

4 結語

綜上所述，GPS RTK技術具有很多優(yōu)勢，省時、省力、省財，在煤田地質(zhì)勘探中有良好的應用實踐，通常為了更好的避免外界干擾，與常規(guī)測量可結合使用，成效顯明，可以提高煤田的經(jīng)濟效益。

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