楊妮

摘 要：本文從理論方面較深層次講解了GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)的定位原理，其中還對(duì)GPS-RTK定位的優(yōu)缺點(diǎn)重點(diǎn)介紹。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 載波相位 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0030-01

GPS RTK技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。它由GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和內(nèi)嵌軟件構(gòu)成，是一種全新的GPS定位測(cè)量方式，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。其工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于流動(dòng)站上，通過差分處理求解載波相位的整周模糊度，實(shí)時(shí)提供流動(dòng)站在指定坐標(biāo)系中的三維定位坐標(biāo)。GPS RTK技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，能夠?qū)崟r(shí)地完成厘米級(jí)定位精度和不通視情況下遠(yuǎn)距離測(cè)量坐標(biāo)，且沒有累積誤差，測(cè)量精度較高。優(yōu)點(diǎn)為工作模式簡(jiǎn)單，需要不多的測(cè)量人員，定位速度快，操作簡(jiǎn)便，綜合效益高等。地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量是進(jìn)行地質(zhì)礦產(chǎn)建設(shè)的前提，其測(cè)量精度的高低、工作效率的快慢均對(duì)后續(xù)的礦產(chǎn)勘查工作帶來不小的影響。傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，外業(yè)工作量極大，效率較低，且精度有時(shí)不能得到滿足。鑒于GPS RTK技術(shù)在各方面的優(yōu)越性，其在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量工作中得到了廣泛的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在礦區(qū)控制點(diǎn)加密、地形測(cè)量、地質(zhì)剖面測(cè)量、鉆孔、探槽等測(cè)量。

1 GPS-RTK簡(jiǎn)介

1.1 GPS-RTK原理

GPS-RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，是GPS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破，可在野外獲取點(diǎn)位厘米級(jí)的水平精度。其基本思想是：在基準(zhǔn)站上設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地解算整周模糊度未知數(shù)并計(jì)算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。

1.2 GPS-RTK優(yōu)點(diǎn)

（1）測(cè)量過程直觀透明，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量成果。能夠及時(shí)查看坐標(biāo)定位，并使三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)放樣、快速成圖等問題得以解決。

（2）觀測(cè)時(shí)間短。在觀測(cè)條件良好時(shí)，可在2s～5s內(nèi)求得高精度的測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)

（3）全天候作業(yè)。只要在測(cè)點(diǎn)能夠接收到4顆GPS衛(wèi)星信號(hào)，則在任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行作業(yè)。

（4）操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，大幅度減少勞動(dòng)工作量。GPS-RTK測(cè)量已基本實(shí)現(xiàn)了智能化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高，打開電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)。

（5）觀測(cè)站之間無需通視，適應(yīng)各種地形。各站之間是相互獨(dú)立的觀測(cè)值，誤差不會(huì)積累傳播。

1.3 GPS-RTK數(shù)據(jù)處理

根據(jù)精度要求和實(shí)際情況、軟件的功能和精度，分析下載的數(shù)據(jù)，查看是否各測(cè)回值滿足要求，收斂誤差滿足要求等，點(diǎn)屬性是否齊全。當(dāng)一個(gè)點(diǎn)或一組點(diǎn)成果經(jīng)檢查達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須進(jìn)行重測(cè)或補(bǔ)測(cè)。重、補(bǔ)測(cè)應(yīng)按原設(shè)計(jì)方法、精度要求進(jìn)行。對(duì)多測(cè)回?cái)?shù)據(jù)求平均值后，編輯成一定格式，或制作表格直接輸出，或制成GIS數(shù)據(jù)源產(chǎn)品，提供GIS數(shù)據(jù)庫使用。

2 GPS-RTK測(cè)量在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用

由于GPS RTK測(cè)量具有精度高、效率高的優(yōu)點(diǎn)，其在地質(zhì)勘探工程可以完成多項(xiàng)工作。

2.1 控制測(cè)量

目前，GPS定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建立各種級(jí)別、不同用途的GPS控制網(wǎng)。在這些方面，GPS定位技術(shù)已基本上取代了常規(guī)的控制測(cè)量方法，成為了主要手段。與常規(guī)的方法相比，GPS在布設(shè)控制網(wǎng)方面具有測(cè)量精度高、選點(diǎn)靈活、不需要造標(biāo)、費(fèi)用低、全天候作業(yè)、觀測(cè)時(shí)間短、觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理全自動(dòng)化等特點(diǎn)。

2.2 野外大比例尺數(shù)字化地形圖測(cè)量

地質(zhì)勘探工程所用圖大多是1∶2000或1∶1000地形圖。用傳統(tǒng)方法測(cè)圖，工作量大，速度慢，花費(fèi)時(shí)間多；用RTK測(cè)繪，具有采集速度快，精度高的優(yōu)點(diǎn)，大大降低了測(cè)圖的難度，省時(shí)又省力。

2.3 野外剖面測(cè)量

地質(zhì)人員在大比例尺地形圖上標(biāo)出地質(zhì)勘探剖面后，測(cè)量員利用RTK測(cè)量就能很方便地實(shí)測(cè)并繪制出本條剖面圖，且精度較高。

2.4 勘探工程放樣測(cè)量

采用RTK測(cè)量技術(shù)進(jìn)行放樣，只需將所要放樣的坐標(biāo)輸入RTK手簿中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。

3 GPS-RTK的不足及解決辦法

（1）在山區(qū)和樹林較密地方使用RTK作業(yè)，有其局限性，主要表現(xiàn)在收不到基站信號(hào)或者時(shí)有時(shí)無、數(shù)據(jù)初始化慢且易丟失、測(cè)量用時(shí)較長(zhǎng)。對(duì)于這種情況，主要解決的辦法：①要選好基站，要開闊，功率開到最大，電臺(tái)天線盡可能架高。②把移動(dòng)站天線盡可能架高③架雙基站工作④聯(lián)合全站儀作業(yè)。

（2）天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接收不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行測(cè)量，可見選擇作業(yè)時(shí)段的重要性。

（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問題。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到高大山體和各種高頻信號(hào)源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。另外，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機(jī)型在不同的環(huán)境又各不相同）時(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差超限，所以RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小很多，工程實(shí)踐和專門研究都證明了這一點(diǎn)。解決這類問題的有效辦法是把基準(zhǔn)站布設(shè)在測(cè)區(qū)中央的最高點(diǎn)上。

（4）初始化能力和所需時(shí)間問題。在山區(qū)、林區(qū)等地作業(yè)時(shí)，RTK衛(wèi)星信號(hào)容易被阻擋、容易造成失鎖，采用RTK作業(yè)時(shí)有時(shí)經(jīng)常需要重新初始化。這樣測(cè)量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強(qiáng)、所需時(shí)間短的RTK機(jī)型。

（5）高程異常問題。RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的工作變得相當(dāng)困難，精度也不均勻。

（6）電池電量的影響。RTK耗電量比較大，電池容量小，作業(yè)時(shí)間不長(zhǎng)久。有些條件困難地區(qū)，用電緊張，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)了，就會(huì)導(dǎo)致沒電可用。而且電池電量不足，還會(huì)影響到RTK的發(fā)射、接收信號(hào)，導(dǎo)致作業(yè)效率低，成果精度不高。解決這類問題就是選擇可以外接電源的儀器，用電瓶代替普通的電池。

4 結(jié)語

GPS-RTK能實(shí)時(shí)地定位出所在位置的三維坐標(biāo)，可直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、控制測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。以其快速、高效、節(jié)省人力、不受天氣、地形和通視等條件的限制，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、水文、公路等工程測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

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