GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測量中的運用研究與分析

王胤博，雷延慶

（河南省地礦局測繪院，河南 鄭州 450000）

伴隨著科學(xué)技術(shù)和地質(zhì)工程測量行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的GPS技術(shù)在測量工作中的不足越來越明顯，受到的限制因素也越來越多。隨著新興市場業(yè)務(wù)如露天礦山動態(tài)監(jiān)控治理、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理以及勘測規(guī)劃的興起，GPS-RTK測量技術(shù)作為一種新興的測量技術(shù)，得到了廣泛的關(guān)注和高度的重視，GPS-RTK技術(shù)的使用可以有效解決傳統(tǒng)測量在實際應(yīng)用中的不足，減少傳統(tǒng)工程測量中的限制因素，提高地質(zhì)工程測量的作業(yè)效率和精度。

1 GPS-RTK技術(shù)分析

1.1 概念分析

GPS（全球定位系統(tǒng)）主要以衛(wèi)星作為核心，通過無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)的運用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，該種技術(shù)具有全天候、全方位、高精度的特點，能為用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等信息。

RTK（實時動態(tài)）測量技術(shù)，通過載波相位觀測技術(shù)的運用，可以在實現(xiàn)實時差分技術(shù)使用的同時進行GPS測量技術(shù)的運用，這一技術(shù)作為GPS測量技術(shù)中較為常用的技術(shù)形式，在三維定位測量中其精度可以達到厘米的狀態(tài)，提高了地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[1]。

1.2 GPS-RTK技術(shù)工作原理

GPS-RTK技術(shù)的工作原理，就是借助GPS技術(shù)、數(shù)控傳播技術(shù)，對基準(zhǔn)站采集到的載波相位數(shù)據(jù)進分析，實現(xiàn)短時間內(nèi)獲得高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)的技術(shù)。在結(jié)構(gòu)組成上主要包括基準(zhǔn)站、流動站和控制中心，同時在基準(zhǔn)站和流動站上安裝接收機，實時接收數(shù)據(jù)。在測量過程中，不同方位的接收機，均能實時接收同一GPS發(fā)射的信號，即使是處于限制因素較多的自然環(huán)境中，也能夠?qū)崿F(xiàn)對測量點的準(zhǔn)確定位，充分滿足現(xiàn)代地質(zhì)工程測量的需求，提高地質(zhì)測繪操作的靈活性和可靠性。

2 GPS RTK技術(shù)使用中面臨的問題

2.1 衛(wèi)星狀況對其帶來的影響

在GPS-RTK技術(shù)使用的過程中，由于受到衛(wèi)星覆蓋范圍的限制，測量數(shù)據(jù)傳輸中會出現(xiàn)假值的現(xiàn)象，而且，在一些偏僻的峽谷地區(qū)，衛(wèi)星信號受到遮擋時間較長，衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的限制因素較多，影響衛(wèi)星測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，使得地質(zhì)測繪的基本需求保證受到影響[2]。

2.2 大氣環(huán)境的影響

通過對GPS-RTK技術(shù)使用狀況的分析，當(dāng)系統(tǒng)在白天作業(yè)時，所檢測的脈沖電信號會受到電離層數(shù)據(jù)的干擾，影響衛(wèi)星工作的穩(wěn)定性，同時，在衛(wèi)星數(shù)量較少的狀態(tài)下，GPS-RTK技術(shù)會受到初始化的影響，無法實現(xiàn)測量過程運行的有效性，測量作業(yè)相對困難。因此，在GPS-RTK技術(shù)使用中，應(yīng)合理選擇測繪時間，盡量避免電磁波的干擾，適當(dāng)延長測量時間，以保證地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]，提高作業(yè)的效率和質(zhì)量。

3 GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測量中的運用

3.1 明確GPS-RTK技術(shù)的基本要求

為了提升地質(zhì)測量技術(shù)使用的便捷靈活性，實現(xiàn)GPS-RTK技術(shù)的高效運用，滿足地質(zhì)測量的最終需求，在地質(zhì)工程測量中GPS-RTK技術(shù)的使用應(yīng)明確以下標(biāo)準(zhǔn)：第一，提高觀測衛(wèi)星圖的強度。地質(zhì)測量中高強度的衛(wèi)星圖與衛(wèi)星的數(shù)量呈正比，在坐標(biāo)測算中，衛(wèi)星數(shù)量越多，測量出的數(shù)據(jù)精確度越高。第二，對于測量人員而言，在測量控制點的布設(shè)、基準(zhǔn)站的選擇、基準(zhǔn)參數(shù)的轉(zhuǎn)換以及儀器續(xù)航電力的保障等方面做好部署準(zhǔn)備。在整個測量工作中應(yīng)該提高自身的責(zé)任心，掌握 GPS-RTK技術(shù)的使用方法，結(jié)合地質(zhì)測量的實際條件進行測量工作的構(gòu)建，以保證測量工作的專業(yè)性、測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。第三，在數(shù)據(jù)觀測中，施工人員應(yīng)該提高對復(fù)核內(nèi)容操作的認知。由于GPS-RTK技術(shù)具有實時性高、測量快捷的優(yōu)勢，但是由于初始化執(zhí)行度的限制，在作業(yè)中若缺少有效復(fù)核，會出現(xiàn)測量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。為了保證GPS-RTK測量的準(zhǔn)確性，測量人員應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)工程的特點，進行測算方案的研究，以滿足測量工作的高精度要求，提升地質(zhì)工程測量的整體價值[4]。

3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的測量

在地質(zhì)工程測量的過程中，通過GPS技術(shù)的運用，可以對不同系統(tǒng)的坐標(biāo)進行數(shù)據(jù)的測量，而通過和RTK測量技術(shù)的結(jié)合使用，可以得到實時性的數(shù)據(jù)檢測狀態(tài)，并形成獨立的坐標(biāo)，充分滿足坐標(biāo)轉(zhuǎn)化中的需求。為了充分發(fā)揮GPS-RTK技術(shù)的明顯優(yōu)勢，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中應(yīng)做到：第一，在GPS-RTK作業(yè)之前，要控制測區(qū)的靜態(tài)點，根據(jù)地方坐標(biāo)系統(tǒng)控制點聯(lián)測狀態(tài)，及時獲取所測位置的GPS點位，并實時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，為坐標(biāo)轉(zhuǎn)化參數(shù)的測量提供支持。第二，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)化參數(shù)分析中，選擇一致控制點進行數(shù)據(jù)密度、分布狀態(tài)的分析，由于坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)與求解的質(zhì)量有著密切關(guān)系，因此，在基準(zhǔn)點的坐標(biāo)選定中，應(yīng)該將數(shù)據(jù)均勻的分布在測區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)GPS-RTK測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第三，在地質(zhì)工程測量中，應(yīng)該將數(shù)據(jù)測區(qū)的精準(zhǔn)點控制在3-6點之間，坐標(biāo)求解以及參數(shù)轉(zhuǎn)換中，應(yīng)該采用差異性的匹配方案，通過不同計算方法的運用，對坐標(biāo)參數(shù)形式進行分析，將測量結(jié)果的誤差控制在最低范圍內(nèi)，以實現(xiàn)坐標(biāo)參數(shù)確定的合理便捷性。第四，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)分析中，由于參數(shù)求解的精度以及已知點的坐標(biāo)精度狀態(tài)須得到合理分布，在坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)化中應(yīng)對區(qū)域性的具體內(nèi)容進行分析，保證坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)化及求解的穩(wěn)定性[5]。

3.3 基準(zhǔn)站的設(shè)計

通過對地質(zhì)工程測量狀況的分析,當(dāng)使用GPS技術(shù)進行測量時，GPS衛(wèi)星通常應(yīng)該在2×104km的高空,衛(wèi)星發(fā)出信號到接收機接受信號,中間會經(jīng)過電離層、對流層等多種因素干擾，導(dǎo)致信號相對微弱，一般情況下所接收到的信號只有-50--180dB。而在GPS-RTK技術(shù)使用的過程中，由于該種檢測技術(shù)具有超高的電磁波，這種電磁波的傳輸距離與接受天線高度以及大氣的折射存在關(guān)聯(lián)性，因此，在GPS信號處理中，為了提高信號接收的有效性，應(yīng)該合理選擇基準(zhǔn)站的設(shè)計位置，有效提升數(shù)據(jù)信號接收的及時性和可靠性。在GPS-RTK技術(shù)使用的過程中，為了避免路徑因素的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)該避免出現(xiàn)大面積的信號反射物，主要是由于信號傳輸中，會受到多種因素的限制，若出現(xiàn)大面積的信號反射物，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和精準(zhǔn)度。同時，在GPS-RTK技術(shù)使用中，天線的設(shè)計應(yīng)該盡量保持一定的高度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膶崟r性、穩(wěn)定性。

3.4 作業(yè)半徑的設(shè)計分析

結(jié)合地質(zhì)工程測量的現(xiàn)狀，在GPS-RTK技術(shù)使用中，應(yīng)該認識到作業(yè)半徑對測繪工作帶來的影響。對于作業(yè)半徑而言，主要是指移動站離開基準(zhǔn)站的最大距離，半徑的大小與基準(zhǔn)站的電臺信號傳輸距離有著一定的關(guān)聯(lián)性，在GPS-RTK技術(shù)使用中，相關(guān)人員應(yīng)該對數(shù)據(jù)測量的速度以及精確度進行分析，以保證測量數(shù)據(jù)的可靠性。伴隨GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展以及測量技術(shù)的創(chuàng)新，地質(zhì)工程測量中應(yīng)在合理控制作業(yè)半徑的基礎(chǔ)上，擴大作業(yè)范圍，通常以10公里內(nèi)為最佳狀態(tài)，若在作業(yè)半徑選擇中遇到其他不可抗拒因素的影響，需要縮短半徑，以保證GPS-RTK測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[6]。

4 結(jié)束語

在地質(zhì)工程測量行業(yè)發(fā)展中，為了保證地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)把具體的測量部署工作作為重點，通過測量方案的研究、測量技術(shù)的分析、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測量技術(shù)的使用、基準(zhǔn)站設(shè)計方案的構(gòu)建以及作業(yè)半徑的優(yōu)化設(shè)計等手段，充分發(fā)揮GPS-RTK技術(shù)作業(yè)效率高、定位精度高、自動化程度高、限制條件少的特點，為地質(zhì)工程測量的發(fā)展提供技術(shù)強有力的技術(shù)支撐。