GNSSoRTK技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量中的應(yīng)用

■王世平

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 甘肅蘭州 730050）

GNSSoRTK技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量中的應(yīng)用

■王世平

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 甘肅蘭州 730050）

GNSS已在城市建設(shè)、工程和資源勘測等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。GNSS·RTK定位技術(shù)以其測量精度高、測量時間短等優(yōu)勢在GNSS定位領(lǐng)域獨樹一幟。文章對GNSS·RTK定位技術(shù)的工作原理做了相應(yīng)闡述，對影響RTK定位精度的主要因素進行了分析，結(jié)合實際應(yīng)用對RTK技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量中的應(yīng)用加以總結(jié)，展現(xiàn)了該技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。

GNSS·RTK地質(zhì)勘查測量應(yīng)用

GNSS（Global Navigation Satellite System）即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，具有高效、準確、全球等特點，從其誕生之初就給社會許多行業(yè)帶來了深遠影響。GNSS主要包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的北斗等多個定位系統(tǒng)，其中以GPS系統(tǒng)最為成熟。

1 GNSS·RTK定位測量

1.1 GNSS·RTK測量系統(tǒng)的組成

RTK測量系統(tǒng)一般由三部分組成：（1）GNSS接收設(shè)備,其作用是接收衛(wèi)星信號和進行接收設(shè)備之間信號的差分，接收設(shè)備有基準站和流動站之分。（2）數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：即數(shù)據(jù)鏈，其作用是實現(xiàn)基準站和流動站之間數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺組成。（3）軟件解算系統(tǒng)：其作用是保障實時動態(tài)測量結(jié)果的精確性與可靠性，是GNSS·RTK測量系統(tǒng)的重要組成部分。

1.2 GNSS·RTK定位技術(shù)的作業(yè)原理

RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)又稱載波相位動態(tài)實時差分技術(shù)，通過對兩測站的載波相位觀測值進行實時處理，能夠?qū)崟r提供測量點在指定坐標系中的三維坐標，并能達到厘米級的精度。其作業(yè)原理是基準站通過數(shù)據(jù)鏈實時將其載波相位觀測值及基準站坐標信息一起傳送給流動站，流動站通過解調(diào)得到基準站的載波相位觀測量，再利用OTF技術(shù)對由基準站和流動站采集的載波相位觀測量

組成相位差分觀測值，通過實時處理確定流動站的坐標。只要能保證4顆以上衛(wèi)星的跟蹤，流動站就可根據(jù)給定的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，從而實時給出指定坐標系中的定位結(jié)果。

2 影響GNSS·RTK定位精度的因素

2.1 與接收機有關(guān)的誤差

2.1.1 接收機安置誤差

接收機安置誤差就是接收機天線相位中心相對于測站位置中心標石的偏差。包括天線的整平和對中誤差以及天線高的量測誤差。在實際作業(yè)中作業(yè)員可以通過認真細致的操作減少其影響。

2.1.2 天線相位中心位置偏差

天線相位中心位置偏差就是觀測時天線相位中心的瞬時位置與理論上的相位中心不一致而產(chǎn)生的偏差。減少天線相位中心位置偏差是天線設(shè)計的一個重要問題。

2.2 與信號傳播有關(guān)的誤差

2.2.1 電離層折射誤差

電離層折射誤差就是當GNSS信號通過電離層時，信號的傳播路徑和速度發(fā)生變化，導(dǎo)致衛(wèi)星到接收機的幾何距離與信號的傳播時間與真空中光速的乘積不一致而產(chǎn)生的誤差。電離層折射誤差可通過雙頻觀測、加入電離層改正模型、同步觀測求差的辦法加以消除。

2.2.2 對流層折射誤差

對流層折射誤差就是當GNSS信號通過對流層時，信號的傳播路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生的偏差。對流層折射與地面氣候、氣壓、溫度、濕度等有密切關(guān)系。對流層折射誤差可通過加入對流層折射改正模型、同步觀測求差的方法加以消除。

2.2.3 多路徑效應(yīng)誤差

多路徑效應(yīng)誤差就是當接收機周圍有高大建筑物或大面積水域時，信號的反射波在進入接收機時與直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值而產(chǎn)生的誤差。多路徑效應(yīng)誤差取決于天線周圍的環(huán)境。多路徑效應(yīng)誤差可通過遠離高大建筑物、大面積水域、天線中設(shè)置抑徑板等方法消除。

2.3 觀測方案引起的誤差

觀測方案對RTK測量結(jié)果有很大的影響。觀測方案主要包括基準站位置的選擇，參與參數(shù)轉(zhuǎn)換控制點的選取，觀測次數(shù)等。為了減少由觀測方案引起的誤差，可以采取以下措施：基準站應(yīng)盡量設(shè)在視野開闊的較高位置，適度提高發(fā)射天線高度；求取轉(zhuǎn)換參數(shù)的控制點盡量選擇等級較高或經(jīng)過統(tǒng)一平差的控制網(wǎng)內(nèi)的GNSS點；根據(jù)衛(wèi)星星歷預(yù)報，選擇適當時段進行測設(shè)；延長每個測站的觀測時間；作業(yè)半徑保持在規(guī)定范圍內(nèi)等。

3 GNSS·RTK技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量中的應(yīng)用

2013年6月到8月，在對甘肅省宕昌縣竹院北礦區(qū)實施1: 2000數(shù)字化地形圖測量及地質(zhì)勘探工程測量時，充分利用GNSS· RTK技術(shù)的優(yōu)點，外業(yè)測量工作全部采用RTK技術(shù)完成。竹院北礦區(qū)地處隴南山區(qū)，山勢陡峻，夏季多雨，海拔2000-2600m，相對高差600m，如果用傳統(tǒng)作業(yè)方法，開展礦區(qū)測量工作將是困難重重的，因為傳統(tǒng)作業(yè)方法首先要解決通視問題。采用GNSS·RTK技術(shù)不需要考慮通視情況，只要有衛(wèi)星信號，就可以求得高精度的點位坐標。

竹院北礦區(qū)的測量工作涵蓋了地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量的方方面面（坑道測量用甲方的成果，為了資料的統(tǒng)一，對坑道數(shù)據(jù)進行了坐標系的轉(zhuǎn)換）。首先進行的是礦區(qū)控制測量，在礦區(qū)周圍國家D級控制點的基礎(chǔ)上布設(shè)了E級控制網(wǎng)，加密E級控制點5點，礦區(qū)測量工作是在E級控制點的基礎(chǔ)上完成的。

GNSS·RTK技術(shù)在竹院北礦區(qū)地質(zhì)勘查工作中的主要應(yīng)用如下：

3.1 圖根控制測量

圖根控制是為滿足礦區(qū)地形圖測量而實施的。在解類型為“固定”解的情況下，GNSS·RTK測量所得坐標數(shù)據(jù)的定位精度可以達到5厘米，其測量精度完全滿足一般圖根控制點的精度要求，而且誤差不積累。在竹院北礦區(qū)應(yīng)用GNSS·RTK技術(shù)布設(shè)了圖根控制點11點。這樣不僅方便快捷，也保證了相對高的精度。

3.2 地質(zhì)工程點定位測量

地質(zhì)工程是地質(zhì)勘查過程中布設(shè)的各種探礦工程，一般有探槽、鉆孔、淺井、硐探等地質(zhì)工程。礦區(qū)共測量探槽7條、放樣鉆孔6點、探硐硐口4點，全部采用GNSS·RTK技術(shù)施測完成。竹院北礦區(qū)地形復(fù)雜、山勢陡峻等因素嚴重影響通視情況，應(yīng)用GNSS·RTK技術(shù)，測量工作收到了事半功倍的效果。

3.3 地質(zhì)基線、剖面線測量

地質(zhì)基線、剖面線按照一定點距、線距及方位在實地放樣，是地質(zhì)人員參考礦體的走向、傾角等因素決定的。應(yīng)用GNSS·RTK技術(shù)，就要先計算好每條地質(zhì)基線、剖面線上放樣點的理論坐標，再把放樣數(shù)據(jù)按照一定格式導(dǎo)入GNSS手簿，然后在實地按照RTK的“點放樣”或“線放樣”功能逐點放樣。放樣完成后再采集該點的實地坐標。竹院北礦區(qū)施測基線2條共840米，施測勘探線剖面23條共7660米。應(yīng)用GNSS·RTK技術(shù)，所放樣地質(zhì)基線的距離誤差、剖面線的方位角誤差都是很小的，較傳統(tǒng)常規(guī)測量方法如經(jīng)緯儀、全站儀等施測表現(xiàn)出了很大的便捷性和可靠性。

3.4 地形測量

對于勘查程度達到詳查的礦區(qū)，一般要進行大比例尺地形圖的測量。GNSS·RTK技術(shù)在地形圖的測量中較少受地形條件的限制，只要能接收到衛(wèi)星信號（最少4顆衛(wèi)星），就可以得到較高精度的點位坐標。對于受地形條件限制接收不到基準站信號的地方,可以采用給基準站遷站重新求取轉(zhuǎn)換參數(shù)再施測的辦法。竹院北礦區(qū)共施測1:2000地形圖2.77平方公里。采用GNSS·RTK技術(shù)，測圖的效率得到很大提高。

3.5 其他有關(guān)應(yīng)用

在礦區(qū)地質(zhì)填圖及物化探工作中，地質(zhì)人員經(jīng)常使用手持GPS進行定位。RTK技術(shù)除可以運用于手持GPS的點位校正外，還可以直接代替手持GPS，不僅具有手持GPS方便快捷的優(yōu)點，還可以達到比手持GPS更高的精度；RTK手簿還有記錄、計算、導(dǎo)航等功能，給地質(zhì)勘查工作帶來了很大的方便。

4 地質(zhì)勘查測量中坐標系的轉(zhuǎn)換

在地質(zhì)勘查工作中，地質(zhì)人員經(jīng)常需要當?shù)刈鴺讼担ū本?4或西安80）成果，這就需要對采集的84坐標系成果進行轉(zhuǎn)換。坐標系轉(zhuǎn)換的常用方法有四參數(shù)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)轉(zhuǎn)換。對于較小面積（經(jīng)驗值為20*20km2）的測區(qū)，可以采用四參數(shù)，對于較大面積測區(qū)采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換效果較好。現(xiàn)在一般的測量軟件都有坐標系轉(zhuǎn)換的功能，這里就不加詳述。

5 結(jié)語

GNSS·RTK技術(shù)相對于傳統(tǒng)測量方法有著很大的優(yōu)勢，其定位精度高、誤差不積累、觀測時間短、操作方便等特點，使測量工作的作業(yè)效率和精度都得到了很大的提高。但在地質(zhì)勘查測量中GNSS· RTK技術(shù)也有一些局限性：測區(qū)如果相對高差較大，較高的山體會“隔斷”基準站和流動站之間的信號，從而使流動站的“解類型”為單點，使采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，為了提高測量數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量就要盡量架高基準站的天線或者考慮“遷站”；在樹葉茂密的林區(qū)，受多路徑效應(yīng)的影響，流動站的信號質(zhì)量會大大下降，“解類型”為單點或者衛(wèi)星信號“失鎖”，這時就要用其他測量手段配合等。隨著GNSS· RTK技術(shù)的逐步完善，特別是隨著我國“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的建成和投入使用，軟硬件設(shè)施的逐步更新，其在地質(zhì)勘查及其他測量領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應(yīng)用。

[1]胡伍生、高成發(fā)、施一民 《GPS測量原理及其應(yīng)用》 [M]人民交通出版社，2010年7月.

P5[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-149-2

王世平（1970～），男，測繪工程師，研究方向為野外測繪。