GPS快速静态和RTK在物探测量中的应用

文/焦宝文 广东省重工建筑设计院有限公司 广东广州 510670

GPS系统的建立给测量工作带来了巨大改变，可以成为是一次技术革新，打破了传统测量方法的束缚。随着GPS定位技术的日臻完善，高质量、高自动化、高精度、高效率低成本的优势更加明显。目前地勘单位的测量队伍已将该技术广泛应用到地形测量和地质工程测量中。普遍使用的方法是静态测量、快速静态测量和RTK测量。尤其是后两种作业方法更受测量技术人员的青睐。

1、工作原理

1.1 GPS快速静态定位原理[1-4]

GPS快速静态定位的工作原理是通过GPS接收机接收4颗以上卫星信号，解算出卫星到GPS接收机的距离，通过卫星在地心坐标系的位置确定GPS接收机在该坐标系中的位置，从而解算出多个GPS接收机的相对位置，达到相对定位的目的。GPS快速静态定位是在两个或多个已知点上架设GPS接收机，称之为基准站，在一个观测单元内，让其连续运行，另外一台或多台接收机（流动站）依次到各点流动设站，每点观测十几分钟。不同的观测单元间应进行重合点测量。然后内业基于快速模糊度结算法（FARA）进行基线结算，最后解算出各流动站点在目标坐标系中的三维坐标。

1.2 RTK工作原理[2]

RTK（Real Time Kinematic）是一种利用GPS载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。其作业原理是：基准站架设在已知或未知坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，实时地把载波相位观测值以及测站点坐标信息、卫星跟踪状态和接收机工作状态等信息通过数据通信链发送给流动站。流动站在接收来自基准站的数据时，同步观测采集GPS载波相位观测值，通过RTK数据处理软件求解载波相位整周模糊度，根据基准站和流动站的相关性，自动求出流动站的三维坐标，并估算其精度。

2、应用实例

2012年我公司承担了一项深部地质调查项目的物探测网布设工作。工作面积约1548km2.工作总体目标是通过对7条物探剖面进行重力、磁法、电法三种物探方法测量，然后通过数据反演进行深部地质找矿方法研究。我们的具体任务就是对这7条物探剖面线上设计的剖面点进行放样并测定实际剖面点的三维坐标。

2.1 控制测量

我公司在工作区内布设了一个分别含58个D级和61个E级的两个GPS控制网。两控制网都是以边连接方式布设的全面网。其中D级网网型强度极好，点位布设合理，基线长度适中，满足规范要求。E级点是成对布设的，即沿道路、沟谷、河流等将一对控制点布设在剖面线的两侧，一对点间距离500m以内，间隔3-4km布设一对点。主要目的是为了便于物探剖面点的测设。

2.2 RTK测量方法

使用南方V8 GPS接收机，采用双基站网络-电台相互切换的RTK测量模式进行剖面测设。将两台基准站（网络和电台两种作业模式）分别架设在每天要工作的剖面线两端的已知点上（一般间隔3-4km以内），分别进行基准站连接，两台基准站设置成不同的小组号和电台频道，在作业时移动站根据信号接收情况变换设置不同小组号及电台频道，以便接收来自不同基准站的差分信号。连接基准站前打开手簿相应的工作项目，检查中央经线投影参数、坐标转换参数、控制点数据是否正确，检查无误后开始连接基准站和流动站，流动站到另一控制点进行检查，检查合格后进行剖面点测量。

2.3 快速静态测量方法

每天在待测剖面的两端架设好RTK基准站且流动站到附近的另一点（因为E级点都是成对布设的）检查合格后，立即在该控制点上架设一台GPS接收机，做静态测量，为后续有可能做快速静态测量做准备。

剖面放样时当GPS网络和电台差分信号都无法接收到的地方，RTK流动站的工作状态一般为单点定位或伪距定位，平面定位精度一般在5米左右，但高程精度却很低，达不到物探剖面测量的精度要求，这时就要采用快速静态测量方法。此时先用RTK流动站初步测设剖面点（这个过程只是实现剖面点的概略定位），钉下木桩或在基岩上喷涂标志。然后将流动站切换成为静态观测模式并将其架设在刚放样的点位上进行观测，确保观测的有效卫星数量不少于5颗，数据采集间隔为5″，视点位情况而定连续观测不少于10分钟。此时该台GPS接收机与先前架设的两台接收机构成双基准站快速静态测量模式，基线边长一般均小于3km。最后室内将观测的基线数据导入控制网中进行整体平差，解算出剖面点的平面坐标和拟合高程，将其做为剖面点的最终成果。

结语：

（1）两个RTK基准站设置成不同小组号和电台频道的目的有两个。其一是因为剖面测量时作业人员是分多组在即将测设的几条剖面的两端分别进行测量，因此最好流动站接收就近的基准站的差分信息。其二是为了作业时自检的需要，只有接收到不同基准站差分信息的检查才是正确的检查方法。

（2）快速静态测量方法其实是对RTK测量方法的补充，也可以说是一种备用方法。只有外部环境达不到RTK的工作条件时，才会启用快速静态测量，只有这样才能获得剖面点相对准确的三维坐标，尤其是提高了高程测量的精度。

（3）野外工作时设置两台RTK基准站及将快速静态测量组合使用的测量方法是与众不同的。不仅提高了工作效率，降低了工作成本，而且可以使正常工作和日常检查同步进行，减少了测量外业中的一个不可或缺的工作环节。

参考文献：

[1]徐绍铨，张华海.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社,2008.

[2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社,2010.

[3]叶青，杨华先. GPS快速静态测量技术在1：1000航测像控中的应用[J]. 地理空间信息 ,2009,7(3)：42-44.

[4]谢建春，陈同峰，宋朝辉，等. GPS快速静态定位技术在地籍调查中的应用[J].地矿测绘 ,2010,26(4)：22-24.