【摘要】通過對GPSRTK原理分析以及RTK技術(shù)在礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查中的應(yīng)用，對動(dòng)態(tài)GPS的特性和使用方法做了闡述，指出了動(dòng)態(tài)GPS在測量中的重要作用；并對測量精度進(jìn)行了一定的分析，得出一些有益的結(jié)論和建議。
　　【關(guān)鍵詞】RTK技術(shù)，流動(dòng)站，基準(zhǔn)站，礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查
　　1前言
　　GPS（GlobalPositionSystem）即為全球定位系統(tǒng)的簡稱，它是一套利用美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行全天候、全方位的測量定位設(shè)備。常規(guī)的GPS（GlobalPositioningSystem）測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得較高等級(jí)的精度，而RTK技術(shù)是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real-TimeKinematic）方法，該方法是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）應(yīng)用的重大里程碑，是GPS測量技術(shù)發(fā)展的最新形式。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地形測量、航空攝影測量、地籍測量、房產(chǎn)測量、勘界與撥地測量、工程測量等各個(gè)領(lǐng)域。本文主要通過本次全國礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查實(shí)例來探討RTK技術(shù)在工程中的應(yīng)用。
　　2基本方法
　　RTK系統(tǒng)主要由三大部分組成：一個(gè)基準(zhǔn)站、若干個(gè)流動(dòng)站和通訊系統(tǒng)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值(偽距和載波相位觀測值)和測站坐標(biāo)信息(如基準(zhǔn)站坐標(biāo)和天線高度)一起傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站在完成初始化后，一方面通過數(shù)據(jù)鏈接接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，另外自身也采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和投影改正，歷時(shí)只需幾秒鐘，即可給出實(shí)用的厘米級(jí)定位結(jié)果。
　　基準(zhǔn)站一般架設(shè)在已知點(diǎn)(平面坐標(biāo)或高程已知)上，點(diǎn)位一般位于測區(qū)中間，視野開闊，周圍無高大的樹木、樓房等建筑物影響，遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁波發(fā)射源和大面積的水面，如果事先沒有確定地心坐標(biāo)(WGS-84)與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，也可以將基準(zhǔn)站架設(shè)在符合上述條件的未知點(diǎn)上。流動(dòng)站依次設(shè)置在待測點(diǎn)上觀測。基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)。基準(zhǔn)站通過連接的電臺(tái)將測站坐標(biāo)、偽距觀測值、載波相位觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和接收機(jī)工作狀態(tài)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站接收該信息后與衛(wèi)星信息進(jìn)行實(shí)時(shí)差分平差處理，實(shí)時(shí)得到流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其觀測精度信息。系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)組合而成，其數(shù)據(jù)傳輸由無線數(shù)據(jù)鏈完成，數(shù)據(jù)鏈采用UHF頻段，具有可靠、穩(wěn)定和抗干擾能力的優(yōu)點(diǎn)。
　　求解平面轉(zhuǎn)換參數(shù)，至少要聯(lián)測兩個(gè)平面坐標(biāo)點(diǎn)，求解高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需要聯(lián)測三個(gè)高程點(diǎn)。為了提高地心坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系數(shù)學(xué)模型的擬合程度，進(jìn)而提高待測點(diǎn)的精度，通常要聯(lián)測盡可能多的已知點(diǎn)，轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有兩種方法：①充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，將多個(gè)已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)輸入電子手簿中，基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)上實(shí)地虛擬聯(lián)測，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)；②基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)或未知點(diǎn)上，流動(dòng)站依次測量各已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)，將各已知點(diǎn)所對應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的平面坐標(biāo)和高程輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正，淘汰校正殘差比較大的已知點(diǎn)，從而解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。
　　3RTK測量實(shí)例
　　3.1RTK在礦區(qū)圖根控制測量中的應(yīng)用
　　使用RTK進(jìn)行圖根控制測量不像常規(guī)圖根導(dǎo)線測量那么煩瑣，不受地形的限制，也不用支儀器設(shè)站，從而減少了因多次設(shè)站帶來的測量累計(jì)誤差。RTK圖根控制測量時(shí)，首先利用先期統(tǒng)一建立的測區(qū)D、E級(jí)GPS控制點(diǎn)建立投影的局部歸化參數(shù)，儀器將直接記錄坐標(biāo)和高程，查看解算后每個(gè)控制點(diǎn)的水平殘差和垂直殘差。本次測量解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平殘差最大為±2.7cm，垂直殘差最大為±0.6cm。為了提高待測點(diǎn)的觀測精度，將天線設(shè)置在對點(diǎn)器上，觀測時(shí)間大于20秒，采用不同的時(shí)間段進(jìn)行兩次觀測取平均值；機(jī)內(nèi)精度指標(biāo)預(yù)設(shè)為點(diǎn)位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.0cm；觀測中，取平面和高程中誤差均小于±1.0cm時(shí)進(jìn)行記錄。
　　RTK點(diǎn)兩次觀測值坐標(biāo)較差最大值為±2.8cm，最小值為0.3cm。考慮到兩次觀測采用了同一基準(zhǔn)站，觀測條件基本相同，可以將其視為同精度雙觀測值的情況，進(jìn)而求得觀測值中誤差和平均值中誤差。觀測值中誤差為±0.9cm，平均值中誤差為±0.6cm（±0.9/√2）。這說明RTK技術(shù)能滿足《全國礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作指南與技術(shù)要求》中最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差(相對于起算點(diǎn))不大于±0.15m的要求。
　　同時(shí)，我們采用常規(guī)手段對RTK控制點(diǎn)進(jìn)行了四等水準(zhǔn)測量。平差后，每公里高差中誤差為±4.2mm，最弱點(diǎn)高程中誤差為±6.5mm。在進(jìn)行RTK平面控制測量的同時(shí)，我們也利用RTK技術(shù)進(jìn)行了高程測量。兩次RTK高程測量的成果高程較差最大為-4.7cm，最小為0.1cm.觀測值中誤差為±1.4cm，平均值中誤差為±1.0cm。
　　四等水準(zhǔn)測量與RTK高程測量成果較差高程較差最大為-4.8cm，最小為-0.1cm，高程較差中誤差為±2.3cm。
　　如果四等水準(zhǔn)網(wǎng)高程中誤差取±2.0cm，RTK高程測量的中誤差采用其預(yù)設(shè)精度±2.0cm，則利用誤差傳播定律可以得到高程較差理論中誤差為±2.8cm，高程較差允許誤差為±5.6cm。可見求得的高程較差中誤差小于高程較差理論中誤差。
　　根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，由RTK測量的高程計(jì)算出的相鄰高差受相鄰點(diǎn)間的長度影響較小，高差精度主要與四等水準(zhǔn)測段長度有關(guān)。利用高差較差參照不同精度雙觀測值情況計(jì)算出高差較差單位(每公里)中誤差為±1.89cm。
　　如果RTK高程測量的中誤差采用其預(yù)設(shè)精度±2.0cm，四等水準(zhǔn)高差中誤差取±1.0cm，得高差較差理論單位中誤差為±3.0cm。顯然，計(jì)算的高差較差單位中誤差小于高差較差理論單位中誤差，證明RTK高程測量能夠滿足《全國礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作指南與技術(shù)要求》對四等水準(zhǔn)網(wǎng)的精度要求。
　　3.2RTK在礦區(qū)地理要素、礦業(yè)權(quán)要素測量中的應(yīng)用
　　利用RTK快速定位和實(shí)時(shí)得到坐標(biāo)結(jié)果的特點(diǎn)，可以進(jìn)行地形、探礦工程、采礦工程的碎部測量來代替常規(guī)的數(shù)字測圖。以1臺(tái)GPS基準(zhǔn)站，另一臺(tái)或幾臺(tái)移動(dòng)的GPS接收機(jī)分別開始進(jìn)行碎部點(diǎn)測量。地形點(diǎn)、工程點(diǎn)的測量可以在數(shù)據(jù)采集的功能下進(jìn)行，也可以根據(jù)現(xiàn)場地理要素的實(shí)際情況進(jìn)行測量設(shè)定，在測量礦區(qū)道路、水系時(shí)可以設(shè)定按距離進(jìn)行采集，距離可以人為設(shè)定；在勻速運(yùn)動(dòng)測量的過程中，可以設(shè)定按時(shí)間采集，時(shí)間間隔也可人為設(shè)定。采集完將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為“點(diǎn)號(hào)，東坐標(biāo)，北坐標(biāo)，高程”形式，保存到硬盤，使用《礦業(yè)權(quán)核查空間數(shù)據(jù)處理軟件》經(jīng)過編輯處理，生成《采礦權(quán)開拓工程平面圖》或《探礦權(quán)勘查實(shí)際材料圖》。
　　各要素的采集可以單人作業(yè)，也可多人同時(shí)開展，在較為開闊的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)RTK的采點(diǎn)速度相當(dāng)快，由于初始化速度快(小于30s)，并且在線運(yùn)動(dòng)過程中不失鎖，每個(gè)碎部點(diǎn)采集時(shí)間不超過2s(含點(diǎn)位代碼輸人)，因此，采點(diǎn)速度幾乎等于走路的速度，可以充分發(fā)揮RTK快速高精度定位的優(yōu)勢。大大提高了工作效率。
　　4動(dòng)態(tài)RTK測量的流程如下：
　　
　　5幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)
　　5.1RTK技術(shù)能夠滿足全國礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查中對導(dǎo)線和四等水準(zhǔn)測量的要求。由于RTK技術(shù)不同于常規(guī)的控制測量，不可能完全用常規(guī)控制測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來衡量，尤其是在邊長較短的相鄰點(diǎn)表現(xiàn)比較明顯。RTK技術(shù)的測量誤差均勻、獨(dú)立，不存在誤差積累,精度可靠程度較高。
　　5.2RTK技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)地提供測量成果，不需要分級(jí)布網(wǎng)，可以大大減少生產(chǎn)成本，減輕作業(yè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測量速度和企業(yè)效益。
　　5.3誤差與流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離成正比，因此解求轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點(diǎn)應(yīng)分布均勻，覆蓋整個(gè)測區(qū)，水平、垂直殘差宜在3.5cm以下。基準(zhǔn)站盡可能設(shè)置在符合條件的已知點(diǎn)上，這對高程測量尤為重要。
　　5.4測量過程中，盡可能地檢測一定數(shù)量的測區(qū)內(nèi)和相鄰的控制點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)異常情況，并剔除原控制網(wǎng)的粗差點(diǎn)，以保證測量精度。
　　5.5測量時(shí)需采用一些方法來提高測量精度。如延長測量時(shí)間。架設(shè)對點(diǎn)器。選擇有利觀測時(shí)間。增加觀測次數(shù)或改變基準(zhǔn)站等。同精度兩次測量值的較差取3cm以下為宜。
　　5.6如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢。��
　　6結(jié)論
　　6.1RTK技術(shù)操作簡便，靈活方便，工作狀態(tài)穩(wěn)定。能快速、準(zhǔn)確地測定圖根點(diǎn)、工程點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，實(shí)時(shí)提供精度可達(dá)厘米級(jí)經(jīng)檢核的三維坐標(biāo)。與傳統(tǒng)的測圖方法相比，人員少，費(fèi)用省，效率高。
　　6.2基準(zhǔn)站的選擇對于RTK測量非常重要，它將直接影響到流動(dòng)站的施測精度和測量速度，應(yīng)注意二者之間的“準(zhǔn)光學(xué)通視”。
　　6.3應(yīng)根據(jù)測區(qū)的實(shí)際情況選擇合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法，參與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的已知點(diǎn)應(yīng)在3個(gè)以上，且分布要均勻，做到在滿足精度要求的情況下，盡可能的減少外業(yè)的工作強(qiáng)度。
　　6.4在礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查中，GPS一RTK技術(shù)可以替代全站儀進(jìn)行圖根導(dǎo)線測量，所測范圍內(nèi)在不通視的條件下測定無累積誤差的圖根點(diǎn)，使測圖所需圖根點(diǎn)的數(shù)量在滿足要求時(shí)，可多可少，機(jī)動(dòng)靈活；而且移動(dòng)點(diǎn)至基準(zhǔn)點(diǎn)的距離可以很長(最好不要超過10km)。
　　6.5在空曠地區(qū)，RTK能快速地完成碎部測量作業(yè)。在夜間作業(yè)，比常規(guī)測量作業(yè)方法更具優(yōu)越性。
　　6.6在井下、高邊坡采坑、樹木茂密礦區(qū)，GPS無信號(hào)或出現(xiàn)盲區(qū)，初始化時(shí)間長或失鎖，影響測量精度，可采用全站儀測量碎部點(diǎn)的方法，從而快速地完成野外作業(yè)，也可以大大提高外業(yè)測圖的工作效率，進(jìn)而達(dá)到縮短工期，節(jié)約成本的目的。
　　
　　
　　
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