浅谈GPS RTK技术在地质工程测量中的应用

邹甜

摘要：随着测绘技术的长足发展，不断涌现的新仪器、新方法、新技术逐步取代了传统光学仪器。目前在基础测绘方面，GPS-RTK成为工程人员首要的选择。其能够克服GPS的作业时间长、数据需要进行内业处理等缺点，具有全天候、高精度、无需光学通视的特点，而且还可以为测量提供实时的定位结果。本文对GPS-RTK技术原理及其在地质工程测量中的应用进行分析。

关键词：GPS-RTK；工程测量；应用

1、GPS-RTK技术工作原理

RTK即载波相位差分技术，可以对规定坐标系的三维坐标实时测量。高精度GPS测量技术的实现需要应用载波相位观测值，而RTK技术则是建立于载波相位观测值基础上的一种实时动态定位技术，其测量精度可以达到厘米级。在静态相对定位测量作业中应用GPS-RTK技术，可以对多种高精度要求的测量作业进行控制测量，并能够实时获得定位结果及其精度，极大提高了测量效率。GPS-RTK的组成部分主要包括GPS接收机、基准站、流动站，实时差分软件系统与数据链等。在工作过程中，首先将一台GPS接收机安装到基准站上，然后将另外几台接收装置设置在流动站上，流动站和基准站可以在同一时间内对GPS发射信号进行接收，然后将已经知道的位置信息和基站得到的观测值进行对比，求出GPS差分改正值，使用无线电数据链电台将信息GPS观测值传递给卫星流动站，通常情况下流动站和基准站要同时观测卫星要在四颗以上。使用流动站进行测量可以将定位结果精确到cm级。

2、GPS-RTK技术在地质工程测量中的应用

2.1控制测量

工程控制网是工程建设、管理和维护的基础，其网型和精度要求与建设工程项目的性质、规模等密切相关。传统方法采用三角网、导线网来实施，其大多数需要分段测量，有精度分布不均匀、不能实时知道实测精度等缺点，由于客观及主观原因，往往会造成大量的返工，费工费时。RTK技术可以代替全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的情况下测定无积累误差的图根点，使测图所需的根点数量在满足要求时，可多可少，机动灵活，而且流动点至参考点的距离可达到10km，能够减少传递。RTK技术用于常规工程测量具有很大优越性。

2.2地形测量

应用实时GPS动态测量，测得碎部点的数据，在室内即可由绘图软件成图。GPS-RTK技术测量地形图的方法如下：1）GPS基准站的架设。①根据作业区面积、地形地貌和数据链的通讯覆盖范围，选择合适的地方架设GPS基准站。GPS基准站的架设地点要求地势相对较高，周围无高度角超过15°的障碍物和强烈干扰接收卫星信号和反射卫星信号的物体，架设地点应地基坚实牢固，不易被大风所吹动；②选择好位置后架设天线和基准站，接收机天线应精确对中、整平，对中误差不大于5mm；天线量取精度至1mm，接收机和电台天线之间距离小于3m。③正确输入基准站的相关参数，电台频率的选择不应和作业区的其他卫星信号冲突。④在基准站正常工作的情况下，正确设置流动站，选择测量模式、基准参数、转换参数和数据链的通讯频率等，其流动站的设置应与基准站一致。⑤流动站的初始化要在开阔地点进行，作业前应找2个以上GPS控制点，进行参数校正，确保无误后开始施测。2）数据采集。对所测构筑物要求GPS机必须放到构筑物准确拐点位置上，等到GPS接收机达到固定解之后，再进行测量；要求现场绘制草图，并记录相应编号。在有些遮挡处，GPS接收机无法达到固定解时，利用全站仪进行补测。每天野外测量工作结束后将数据传输到电脑中，用成图软件结合外业草图进行编绘。

2.3工程点的布设

测量利用GPS-RTK定位技术同样可以改进传统的工程点布设的方法，减少野外工作时间，从而达到提高工作效率和提高勘测区工程点位布设精度的目的。布设工程点的步骤如下：第一步，架设GPS基准站、校正检核流动站，校正检核流动站一般选择离布设工程点位较近的GPS控制点进行；第二步，将需要布设的工程点坐标输入到GPS接收机上；第三步，进行工程点的放样工作，利用GPS-RTK的放样功能把工程点布设到实地。每放样一个工程点均在点位上钉上木桩，并当站复测其坐标且将复测成果存入手簿。

3、GPS-RTK技术在工程测量中的应用模式

3.1快速静态定位

快速静态定位工作原理是在每个用户站上安装GPS接收机，并保持接收机处于静止狀态进行观测和数据采集。用户站同时接收基准站和卫星的观测数据，并实时进行解算来调整用户站的三维坐标。当结算结果的变化趋势越来越小，达到稳定地步，并且其误差在可允许厘米范围之，定位工作结束。如果用户站的接收机处于流动状态，而非静止状态，只需调整接收机接受卫星的频率为不连续状态，也可保证测量结果在误差范围之内。

3.2动态测量

动态测量模式也需要流动站上的接收机在开始工作之前，进行初始化。之后流动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测，并连同基准站数据进行结算。主要用于航空摄影测量和航空物探中采样点的实时定位，航道测量，道路中线测量以及运动目标的精密导航等。

3.3准动态定位

准动态定位是以动态定位测量技术为基础的。测量工作前，首先初始化流动站接收机，使其对静止起始点进行观测采取样本数据，用来解算整体作业的未知数据。初始化后，流动站接收机一方面实时接受基准站的同步观测数据，一方面根据初始阶段采取的样本数据，对每一个观测站观测解算，确定每个观测站的三维坐标。此方法测量速度快、精确度高，可适用于地形地质图测绘、勘探线测量、施工后期监测测量等工作。

4、结语

综上所述，GPS-RTK从根本上改变了测量工作的传统作业方法，缩短作业时间，降低劳动强度，提高测量成果精度，极大的提升测绘行业的自动化建设水平，为地质勘探工程测量提供了十分有力的技术支撑和保障。随着数据传输能力的增强、数据的稳健性、抗干扰性水平和软件水平的提高，RTK技术将在地质勘测和其他领域有更广阔的应用空间。

参考文献：

[1]GPSRTK技术在工程测量中的应用分析[J].李杏.资源信息与工程.2018（01）.

[2]全站仪结合RTK在地质勘探工程测量中的应用探讨[J].肖福辉.中小企业管理与科技（中旬刊）.2015（04）.

（作者单位：湖南省测绘科技研究所）