Trimble移動式單基站網絡RTK技術在物探生產中的應用解析

程芳波

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東東營 257100)

天寶測繪解決方案專欄

Trimble移動式單基站網絡RTK技術在物探生產中的應用解析

程芳波

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司，山東東營 257100)

一、目的意義

物探測量作為地震勘探施工的先行軍，其施工的效率和資料的準確性直接影響和制約著整個地震隊伍的施工進度及后續資料解釋的完美性。目前物探測量的施工方法為常規測量和常規RTK測量模式，其間存在許多影響施工效率和資料準確度的因素，如傳統RTK技術存在著定位距離短(15 km)、電臺傳播差分信號數據受限、初始化時間長、參考站位置選取及架設費時費力、流動站受制于距離及地形限制等缺點，同時常規測量存在人為誤差等問題。

二、常規RTK與網絡RTK的區別

1.常規RTK與網絡RTK的概念

常規RTK是一種采用載波相位動態實時差分技術，能夠在野外實時得到厘米級定位精度的衛星定位測量方法。

網絡RTK的定義為在某一區域內建立構成網狀覆蓋的多個GPS基準站，利用載波相位觀測值，以這些基準站中的一個或多個為基準計算和發播GPS改正信息，對該區域內的用戶進行實時改正定位。所謂網絡RTK也就是用網絡信號傳輸方式代替傳統的數字傳輸電臺方式傳輸差分信號。

2.常規RTK與網絡RTK的區別

網絡RTK與常規RTK最大的區別在于信號播發模式的不同，因此覆蓋的范圍和信號的強度有很大的區別，同時由于網絡RTK基站固定，從生產和管理方面都較常規RTK有很大的優勢，具體對比見表1。

表1 常規RTK與網絡RTK應用對比表

三、Trimble移動式單基站網絡RTK技術的革新

1.移動式單基站應用模式的提出

單基站技術已經應用的案例很多，但是目前應用的單基站都是固定式的，絕大多數在城市固定范圍內應用，根據物探生產過程中存在流動性強、區域范圍廣、無人區施工等特點，經過針對性研究，最終形成了方便物探施工的移動式單基站模式，即基站不固定、用完可以轉移，符合物探作業流動性強的特點，并形成與常規RTK一體化作業的技術，符合物探作業區域范圍廣、無人區施工等特點。

2.基站與數據中心之間的數據傳輸技術革新

以往的基站與數據中心之間是利用電纜直接連接的方式，進行數據的傳輸和交換，該模式決定了基站與數據中心之間的位置要距離很近，比較適合于物探生產中的三維工區施工。

通過外業手簿控制器進行傳輸，可以解決距離的限制，具體的數據傳輸過程為：首先外業基站采集各種衛星數據、星歷文件等，將其存儲到基站中，將手簿控制器與基站用數據線進行連接，將數據導入手簿控制器，手簿控制器與手機利用藍牙連接上網，通過網絡和手簿控制器上的無線網絡傳輸軟件與數據中心對接，進行數據的傳輸。設置比較煩瑣，但不涉及高深的技術問題，本文不再作具體的步驟說明。

3.網絡數據與電臺信號的轉換技術創新

常規RTK全部利用數據電纜與電臺進行連接，將基站采集的衛星數據和文件通過電臺進行播發，流動站通過內置電臺進行接收，從而進行正常的差分定位作業；而網絡RTK在數據傳輸過程中全部是網絡數據與移動電信信號數據之間的轉換與傳輸。

為了解決移動電信信號網絡盲區的問題，將網絡數據、電信信號數據、電臺數據三者進行交互應用，就需要在數據中心和流動站之間進行一次或多次的數據格式轉換，即將數據中心發出的網絡數據通過轉換，形成電臺數據進行播發，流動站通過接收電臺數據進行正常差分定位作業，實際上就是基站與數據中心之間，以及數據中心與轉換裝置之間的過程利用的是網絡RTK模式，而轉換裝置與流動站之間利用的是常規RTK模式，實現常規RTK與網絡RTK的一體化作業，如圖1所示。

圖1 網絡數據與電臺信號轉換示意圖

4.1000 km以上聯機測量作業技術的創新

物探施工的區域決定數據中心的網絡成為一個難題，流動站的網絡可以用手機卡進行上網傳輸，而數據中心需要處理數據，并且不停地與基站和多臺流動站進行交互數據，因此需要較為穩定且帶寬較大的網絡。

為了解決這個難題，通過研究討論，最終選用了TSM軟件作為中間的數據交互工具，通過對TSM軟件并行程序的開發和擴大，形成數據中心在東營基地，而在1000 km以外的工地獨立架設多個基站獨立作業的工作模式，不僅解決了數據中心網絡的難題，同時突破了數據中心同時帶動多個獨立運行單基站技術難題，從而突破了1000 km以上聯機測量作業技術，實現青海、四川、新疆等同步單獨施工作業。

四、應用情況

1.勝北三維應用情況

2012年9月19日，勝北三維前期啟動，穿越墾利縣城，由于當時數據中心專用網絡未開通，臨時利用無線網絡接入應用，同時帶動野外8個流動站進行作業，數據采集精度為厘米級，達到規范要求，給生產帶來了很大的便利性。但是利用無線網絡的弊端也非常明顯，在流動站與數據中心之間數據傳輸量過大時，偶爾產生數據傳輸“卡”的現象，即網絡帶寬不能滿足數據量的傳輸，出現數據傳輸遲緩，施工效率受到影響，但不影響差分定位精度。截至2012年9月29日，該段期間共利用網絡RTK進行正常施工2836個點，所有采集點精度滿足要求。

2012年10月9日，勝北三維測量生產全面啟動，數據中心專用網絡已開通，利用移動式單基站網絡RTK技術平臺同步帶動16臺流動站進行作業，截至2012年12月21日，完成勝北三維全部測量主體生產任務共計143 560個物理點，所有物理點無一因技術問題超限，期間平臺運行穩定。

2.草橋三維應用情況

2012年10月15日，草橋三維測量生產啟動，利用移動式單基站網絡RTK技術平臺同步帶動17臺流動站進行作業，截至2013年1月12日，完成草橋三維生產任務共計106 506個物理點，所有物理點無一因技術問題超限，期間平臺運行穩定。

2012年10月15日至12月21日期間，勝北和草橋兩個隊伍同步使用網絡RTK進行作業，正常生產流動站數量達到33臺，加之期間跟組作業流動站，數量達到40臺之多，充分說明TSM軟件經過改造后，能夠滿足物探生產多臺流動站同步作業的需求。

草橋施工期間，進入廣饒縣城以南的部分區域，由于特殊裝置的影響，出現無電信信號的現象，于是施工該區域時架設了常規RTK基站，通過對8650個相交數據的對比，驗證了常規RTK和網絡RTK在實際生產中結合應用的可靠性，數據精度完全滿足規范的要求。

3.湖南探區應用情況

2013年春節過后，湖南邵陽、永耒二維繼續施工，本次網絡RTK技術的應用采用了全新的模式，分別在邵陽和耒陽地區架設了多個基站，且基站之間單獨使用，數據中心在山東東營，各個基站與數據中心，以及流動站與數據中心之間的數據交換全部采用網絡方式完成。

應用前在工地進行了控制點間的數據精度對比驗證及施工物理點間的數據精度對比驗證，確認精度符合要求后，投入了8臺套儀器進行跟組測量，截至目前共完成1865個物理點。

4.應用效果

以上在工區的實際應用，達到了預期的兩個指標：一是作業區域擴大，施工效率提高，由傳統RTK的覆蓋范圍10～15 km擴展到30 km；二是進一步提高了施工質量，利用移動式網絡RTK技術使得作業區域內減少死角和盲區，從而確保數據的準確可靠。除此以外，在很多方面還超過了預期的目標。

通過各個環節應用過程的對比，按照每年10個施工區塊計算，大概可以節約成本共計人民幣320萬元。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)