论文部分内容阅读
摘要：地质勘探工程是国家发展的重要工作之一，主要对各个地区的地质情况进行测量和分析，被广泛应用于多个工程领域。GPS-RTK测量技术利用实时动态差分原理实时定位GPS位置，其测量精度可达到厘米级，目前已被广泛应用于野外地质勘探测量工程。本文通过对GPS-RTK测量技术的设备组成、工作原理进行分析，浅析GPS-RTK测量技术在地质勘探工程领域的应用，并对其未来发展进行展望。
关键词：地质勘探 GPS RTK 动态差分
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章編号：1009-914X（2013）32-182-01
一、引 言
地质勘探主要是对岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行测量，主要分为能源和工程两个方向。能源方向主要是进行地质构造的观察、描述和记录，做出初步分析，为人类发现具有开采价值的矿床提供数据，同时能够推测矿产的质和量，并以此来判断所需要的技术条件。工程方向主要是确定合适的持力层，然后根据其地基承载力来确定基础类型，应用涉及道路工程、桥涵工程、隧道工程等领域。
GPS-RTK测量技术，也就是实时动态差分测量技术，是一种能实时的确定移动GPS位置的测量技术，以快捷、精准的特点广泛地被测量人员所接受。RTK分为基准站和移动站，一般而言，基准站的坐标为已知的固定坐标，此后基准站每次接收到卫星信号就可以计算出一个坐标值，将该数值与固定坐标比较得到差值，再将该差值传递给移动站，与此同时移动站也会接收到来自卫星的数据，用该数据减去先前基准站发来的差值，所得结果就是修正之后的坐标，这个过程大大提高了计算精度。
尽管地质勘探工作用到了GPS-RTK技术，但是就目前的使用情况而言，该项测量技术的运用还具有一定的瓶颈问题，它需要科技工作者在进行不断的研究和探索、实践之后，才能为地质勘探事业做出更大的帮助，推动国家地质勘探工程的进步和发展。
二、GPS-RTK技术概述
GPS也就是全球定位系统，该项技术已经被广泛应用于地质勘探工作，比如水下地形测量、地壳形变测量等工程，GPS还可以用来定期记录车辆的位置和速度信息，计算道路拥堵情况。但是，常规的GPS测量方法都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度。高精度GPS地质勘探测量技术对测量的数值有非常严格的要求，为保证结果的准确，一般选用载波相位观测值为佳。
为了满足地质勘探工作的需求，GPS-RTK测量技术应运而生，与传统的GPS不同的是，它是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时提供野外测站点在指定坐标系中的三维定位结果，实时计算出精确的厘米级定位精度，并通过数据链将基准站的观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。GPS-RTK测量技术是建立在传统的GPS技术基础上发展起来的，所以它也标志了人类在GPS技术应用上的发展和进步。GPS-RTK测量技术的出现为工程放样、地形测图等地质勘探工作提供了更好、更快捷的技术支持，大大提高了地质勘探工作的野外作业效率。
1、GPS-RTK主要设备组成
顾名思义，GPS-RTK测量系统一定要有GPS信号接收设备，因为它的基础是GPS技术，同时还要有完整的数据传输设备和可靠地软件系统三部分组成。其中，GPS信号接收设备又有一台基准站GPS接收机和多台流动站GPS接收机，数据传输系统主要有基准站的发射电台与流动站的接收电台两部分，软件系统就是用以实时解算出流动站三维坐标的工具，可以说，它是核心部分。
目前，用于GPS-RTK测量技术的仪器有X90接收机，它能够对GPS信息进行单触式记录，并且能够在L1和L2两个频段对GPS卫星进行全程定位跟踪，然后将精确的定位数据发送到陆地，供人们进行地质勘探等工程测量作业。
2、GPS-RTK测量技术的工作原理
前面说，GPS-RTK测量技术的主要依据是载波相位观测值，主要计算和处理方式是实时差分，对点的定位精度是厘米级。
现根据本人多年工作经验，结合我对GPS-RTK地质勘探测量技术的理论与实际的应用，对其工作原理进行阐述：
将1台固定的信号接收装置放在基准站上，其它多台信号接收装置放在我们所研究的载体上，也就是通常所说的流动站。当GPS卫星发射信号时，固定的基准站和可移动的流动站将会在同一时间接收该GPS信号，我们假设基准站所获得的卫星GPS观测值为X ，而我们已知的位置实际值为X0，那么（X-X0）所得的结果就是我们所需要的GPS差分改正值。然后再通过通过无线电波将（X-X0）这个差分改正值准确传递给相应的流动站，对其GPS观测值进行精确计算和修正，这样，我们就依靠GPS-RTK技术得到了更为精准的流动站实时位置数值。这就是我们所说的载波相位差分法。
我们建立GPS-RTK数学模型。假设：ρ是各个卫星站之间的几何距离；c为光速；dr为接收机钟差；dt为卫星钟差；λ为载波相位波长；N为整周未知数；dtr为对流层折射影响；di为电流层折射影响；dpr为相对论效应；ε（?）为观测噪声。则有：
由这个数学模型所得出的?值就是我们需要的相位的观测值。
3、用GPS-RTK进行地质勘探测量的流程
第一，架设基准站。
基准站应当选择视野开阔、地势较高的地方，且要平整，这样有利于卫星信号的接收。为避免避免电台干扰GPS信号，基准站的脚架和天线的脚架之间应该保持至少3m的距离，如果移动站距离较远，要增设电台天线加长杆。
第二，设置基准站。
运行软件，根据提示及要求输入任务名称，根据实际情况选择坐标系统并完成设置。广播格式默认为标准CMR，高度角选为10度，并默认测站索和发射间隔。
第三，设置移动站。
移动站的天线高度一般设为对中杆的长度，广播格式一定要与基准站一致。启动并初始化移动站，依次经历“串口无数据”、“正在搜星”、“单点定位”、“浮动”、“固定”后开始测量工作。 最后，还要经过点校正、GPS-RTK精度检测和数据采集。
三、GPS-RTK技术在地质勘探中的运用
随着科学技术的不断发展进步，国际地质勘探工作得到了很大的技术支撑，同时国内的地质勘探业也迅速崛起，这一系列的发展和变化对地质勘探的测量技术提出了更高的要求。GPS-RTK测量技术伴随着GPS技术的发展而日益成熟，并且在地质勘探工程测量中得到广泛的应用。GPS-RTK测量技术在地质勘探工程测量工作中的应用，使得地质勘探作业的效率大大提高和改善，数据分析更加精确和科学。地质勘探工作中应用GPS-RTK测量技术，对国家和社会都具有积极的现实意义，能够更好地促进地质勘探工作的发展和进步，大幅度提高工作效率。
GPS-RTK测量技术被广泛运用于地质勘探测量工程与城市规划。城市的建设用地必须经过严格的地质勘探，利用GPS-RTK测量技术实时测定各个坐标，确定合理的土地使用范围、计算土地面积。城市建设和规划工程对测绘有非常严格的需求，GPS-RTK测量技术具有较高的测量精度和较快的反馈速度，这就将城市控制网络的大面积、高精度、高频率等问题迎刃而解。例如，GPS-RTK測量技术用于城市建设与规划中的市政道路系统开发，该项目涉及建筑物规划放线的作业流程问题，放线点要同时达到城市规划条件和建筑物设计要求，放线精度要求较高，可以用GPS-RTK测量技术来解决高精度要求。而且GPS-RTK测量技术的作业效率非常之高，这对城市建设和规划工程也起到关键作用。
四、对GPS-RTK测量技术的展望
目前，GPS-RTK测量技术已经受到地质勘探测量工程界的广泛认可，其运用也逐步得到提高。它的出现和发展，对地质勘探工程起到了重要的推进作用。虽然GPS-RTK测量技术还受到卫星状况、大气环境、数据传输受干扰等问题的制约，但其高精度、高速度的优点备受地质勘探工作者的青睐。
GPS-RTK测量技术的研发和进步，需要在不断试验以及在各种新领域的尝试中进行，尤其是地质勘探工程实践会对该技术的推动起到核心作用。另外，GPS-RTK测量技术的仪器开发需要有更高端的科学技术进行支撑，进一步提高其测量精度，拓宽GPS-RTK测量技术的应用领域。
参考文献
1、胡奎等.GPS-RTK测量结果的精度分析[J].现代测绘.2007
2、曾嘉. GPS-RTK 技术在水下地形测量中的应用[J] .中国高新技术企业.2009
3、张孝军.林云发.GPS-RTK技术的测量精度探讨[J].人民长江.2005
关键词：地质勘探 GPS RTK 动态差分
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章編号：1009-914X（2013）32-182-01
一、引 言
地质勘探主要是对岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行测量，主要分为能源和工程两个方向。能源方向主要是进行地质构造的观察、描述和记录，做出初步分析，为人类发现具有开采价值的矿床提供数据，同时能够推测矿产的质和量，并以此来判断所需要的技术条件。工程方向主要是确定合适的持力层，然后根据其地基承载力来确定基础类型，应用涉及道路工程、桥涵工程、隧道工程等领域。
GPS-RTK测量技术，也就是实时动态差分测量技术，是一种能实时的确定移动GPS位置的测量技术，以快捷、精准的特点广泛地被测量人员所接受。RTK分为基准站和移动站，一般而言，基准站的坐标为已知的固定坐标，此后基准站每次接收到卫星信号就可以计算出一个坐标值，将该数值与固定坐标比较得到差值，再将该差值传递给移动站，与此同时移动站也会接收到来自卫星的数据，用该数据减去先前基准站发来的差值，所得结果就是修正之后的坐标，这个过程大大提高了计算精度。
尽管地质勘探工作用到了GPS-RTK技术，但是就目前的使用情况而言，该项测量技术的运用还具有一定的瓶颈问题，它需要科技工作者在进行不断的研究和探索、实践之后，才能为地质勘探事业做出更大的帮助，推动国家地质勘探工程的进步和发展。
二、GPS-RTK技术概述
GPS也就是全球定位系统，该项技术已经被广泛应用于地质勘探工作，比如水下地形测量、地壳形变测量等工程，GPS还可以用来定期记录车辆的位置和速度信息，计算道路拥堵情况。但是，常规的GPS测量方法都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度。高精度GPS地质勘探测量技术对测量的数值有非常严格的要求，为保证结果的准确，一般选用载波相位观测值为佳。
为了满足地质勘探工作的需求，GPS-RTK测量技术应运而生，与传统的GPS不同的是，它是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时提供野外测站点在指定坐标系中的三维定位结果，实时计算出精确的厘米级定位精度，并通过数据链将基准站的观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。GPS-RTK测量技术是建立在传统的GPS技术基础上发展起来的，所以它也标志了人类在GPS技术应用上的发展和进步。GPS-RTK测量技术的出现为工程放样、地形测图等地质勘探工作提供了更好、更快捷的技术支持，大大提高了地质勘探工作的野外作业效率。
1、GPS-RTK主要设备组成
顾名思义，GPS-RTK测量系统一定要有GPS信号接收设备，因为它的基础是GPS技术，同时还要有完整的数据传输设备和可靠地软件系统三部分组成。其中，GPS信号接收设备又有一台基准站GPS接收机和多台流动站GPS接收机，数据传输系统主要有基准站的发射电台与流动站的接收电台两部分，软件系统就是用以实时解算出流动站三维坐标的工具，可以说，它是核心部分。
目前，用于GPS-RTK测量技术的仪器有X90接收机，它能够对GPS信息进行单触式记录，并且能够在L1和L2两个频段对GPS卫星进行全程定位跟踪，然后将精确的定位数据发送到陆地，供人们进行地质勘探等工程测量作业。
2、GPS-RTK测量技术的工作原理
前面说，GPS-RTK测量技术的主要依据是载波相位观测值，主要计算和处理方式是实时差分，对点的定位精度是厘米级。
现根据本人多年工作经验，结合我对GPS-RTK地质勘探测量技术的理论与实际的应用，对其工作原理进行阐述：
将1台固定的信号接收装置放在基准站上，其它多台信号接收装置放在我们所研究的载体上，也就是通常所说的流动站。当GPS卫星发射信号时，固定的基准站和可移动的流动站将会在同一时间接收该GPS信号，我们假设基准站所获得的卫星GPS观测值为X ，而我们已知的位置实际值为X0，那么（X-X0）所得的结果就是我们所需要的GPS差分改正值。然后再通过通过无线电波将（X-X0）这个差分改正值准确传递给相应的流动站，对其GPS观测值进行精确计算和修正，这样，我们就依靠GPS-RTK技术得到了更为精准的流动站实时位置数值。这就是我们所说的载波相位差分法。
我们建立GPS-RTK数学模型。假设：ρ是各个卫星站之间的几何距离；c为光速；dr为接收机钟差；dt为卫星钟差；λ为载波相位波长；N为整周未知数；dtr为对流层折射影响；di为电流层折射影响；dpr为相对论效应；ε（?）为观测噪声。则有：
由这个数学模型所得出的?值就是我们需要的相位的观测值。
3、用GPS-RTK进行地质勘探测量的流程
第一，架设基准站。
基准站应当选择视野开阔、地势较高的地方，且要平整，这样有利于卫星信号的接收。为避免避免电台干扰GPS信号，基准站的脚架和天线的脚架之间应该保持至少3m的距离，如果移动站距离较远，要增设电台天线加长杆。
第二，设置基准站。
运行软件，根据提示及要求输入任务名称，根据实际情况选择坐标系统并完成设置。广播格式默认为标准CMR，高度角选为10度，并默认测站索和发射间隔。
第三，设置移动站。
移动站的天线高度一般设为对中杆的长度，广播格式一定要与基准站一致。启动并初始化移动站，依次经历“串口无数据”、“正在搜星”、“单点定位”、“浮动”、“固定”后开始测量工作。 最后，还要经过点校正、GPS-RTK精度检测和数据采集。
三、GPS-RTK技术在地质勘探中的运用
随着科学技术的不断发展进步，国际地质勘探工作得到了很大的技术支撑，同时国内的地质勘探业也迅速崛起，这一系列的发展和变化对地质勘探的测量技术提出了更高的要求。GPS-RTK测量技术伴随着GPS技术的发展而日益成熟，并且在地质勘探工程测量中得到广泛的应用。GPS-RTK测量技术在地质勘探工程测量工作中的应用，使得地质勘探作业的效率大大提高和改善，数据分析更加精确和科学。地质勘探工作中应用GPS-RTK测量技术，对国家和社会都具有积极的现实意义，能够更好地促进地质勘探工作的发展和进步，大幅度提高工作效率。
GPS-RTK测量技术被广泛运用于地质勘探测量工程与城市规划。城市的建设用地必须经过严格的地质勘探，利用GPS-RTK测量技术实时测定各个坐标，确定合理的土地使用范围、计算土地面积。城市建设和规划工程对测绘有非常严格的需求，GPS-RTK测量技术具有较高的测量精度和较快的反馈速度，这就将城市控制网络的大面积、高精度、高频率等问题迎刃而解。例如，GPS-RTK測量技术用于城市建设与规划中的市政道路系统开发，该项目涉及建筑物规划放线的作业流程问题，放线点要同时达到城市规划条件和建筑物设计要求，放线精度要求较高，可以用GPS-RTK测量技术来解决高精度要求。而且GPS-RTK测量技术的作业效率非常之高，这对城市建设和规划工程也起到关键作用。
四、对GPS-RTK测量技术的展望
目前，GPS-RTK测量技术已经受到地质勘探测量工程界的广泛认可，其运用也逐步得到提高。它的出现和发展，对地质勘探工程起到了重要的推进作用。虽然GPS-RTK测量技术还受到卫星状况、大气环境、数据传输受干扰等问题的制约，但其高精度、高速度的优点备受地质勘探工作者的青睐。
GPS-RTK测量技术的研发和进步，需要在不断试验以及在各种新领域的尝试中进行，尤其是地质勘探工程实践会对该技术的推动起到核心作用。另外，GPS-RTK测量技术的仪器开发需要有更高端的科学技术进行支撑，进一步提高其测量精度，拓宽GPS-RTK测量技术的应用领域。
参考文献
1、胡奎等.GPS-RTK测量结果的精度分析[J].现代测绘.2007
2、曾嘉. GPS-RTK 技术在水下地形测量中的应用[J] .中国高新技术企业.2009
3、张孝军.林云发.GPS-RTK技术的测量精度探讨[J].人民长江.2005