郭 鑫，赵际新

吉林省有色金属地质勘查局六〇四队，吉林 吉林市132000

GPS RTK技术性能及在地质勘查中的应用

郭 鑫，赵际新

吉林省有色金属地质勘查局六〇四队，吉林 吉林市132000

主要介绍了技术及其快速静态定位、准动态定位和动态定位三种定位模式。重点对GPS RTK 技术在地质找矿、工程测量中的勘探网及控制测量、地形测量、图根控制点加密、勘探工程放样、地质特征点采集、物化探测网和勘探线剖面测量等应用进行了分析。

GPS RTK技术；作业模式与应用；地质找矿应用

1 实时动态（RTK）定位技术简介

实时动态 (Real Time Kinematic,简称RTK）测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS（RTD GPS）测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。众所周知，GPS测量工作的模式已有多种，如静态、快速静态、准动态和动态相对定位等。但是，利用这些测量模式，如果不与数据传输系统相结合，其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。由于观测数据需在测后处理，所以上述各种测量模式，不仅无法实时地给出观测站的定位结果，而且也无法对基准站和用户站观测数据的质量，进行实时地检核，因而难以避免在数据后处理中发现不合格的测量结果，需要进行返工重测的情况。

以往解决这一问题的措施，主要是延长观测时间，以获得大量的多余观测量，来保障测量结果的可靠性。但是，这样一来，便显著地降低了GPS测量工作的效率。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。

这样，通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。

RKT测量系统的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。当然，这一测量系统的应用，也明显地增加了用户的设备投资。

2 RTK的作业模式与应用

根据用户的要求，目前实时动态测量采用的作业模式，主要有：

2.1 快速静态测量

采用这种测量模式，要求GPS接收机在每一用户站上，静止地进行观测。在观测过程中，连同接收到的基准站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标。如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可适时的结束观测。采用这种模式作业时，用户站的接收机在流动过程中，可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪，其定位精度可达1～2 cm。这种方法可应用城市、矿山等区域性的控制测量、工程测量和地籍测量等。

2.2 准动态测量

同一般的准动态测量一样，这样测量模式，通常要求流动的接收机在观测工作开始之前，首先在某一起始点静止地进行观测，以便采用快速解算整周未知数的方法实时地进行初始化工作。初始化后，流动的接收机在每一观测站上，只需静止观测数历元，并连同基准站的同步观测数据，实时地解算流动站的三维坐标。目前，其定位的精度可达厘米级。该方法要求接收机在观测过程中，保持对所测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，便需重新进行初始化的工作。准动态实时测量模式，通常主要应用于地籍测量、碎步测量、路线测量和工程放样等。

2.3 动态测量

动态测量模式，一般需首先在某一起始点上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。之后，运动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可达厘米级。这种测量模式，仍要求在观测过程中，保持对观测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，则需重新进行初始化。这时，对陆上的运动目标来说，可以在卫星失锁的观测点上，静止地观测数分钟，以便重新初始化，或者利用动态初始化（AROF）技术，重新初始化，而对海上和空中的运动目标来说，则只有应用AROF技术，重新完成初始化的工作。

实时动态测量模式，主要应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。

目前，实时动态测量系统，已在约20 km的范围内，得到了成功的应用。相信随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，数据处理软件功能的增强，它的应用范围将会不断地扩大。

3 RTK技术在地质勘查测量中的应用

地质勘探测绘是为地质勘探工程设计、研究底层构造、计算矿体地质储量和编写地质报告提供基础资料的工作，是地质勘探工作中的一个重要组成部分。GPS RTK可用于地质勘探测绘中的勘探网及控制测量、地形测量、图根控制点加密、勘探工程放样、地质特征点采集、物化探测网和勘探线剖面测量等工作。

3.1 地质勘探网及控制测量

地质工程勘探网通常由基线和与之相垂直的若干勘探线所组成。GPS RTK 的测量精度、速度和经济效益都较好，GPS RTK 将会逐步替代常规控制测量方式成为各地质勘探网及其控制网建立的主要手段。根据工程经验：边长在 10～15 km的 GPS 基线向量，如果观测时刻的卫星很多和外部观测条件好，可采用快速静态定位模式。如果在平原开阔地区，可尝试 RTK模式；边长为 5～10 km 的二、三、四等基本控制网，可优先采用 GPS快速静态定位模式。设备条件许可和外部观测环境合适时，也可使用 RTK 测量模式；边长小于 5 km的控制网基线，则根据具体条件和要求选用 RTK方法和快速静态定位方法。

3.2 地形测量

地质勘探工程所用图大多是1：2 000或1：1 000地形图。用传统方法测图，工作量大，速度慢，花费时间多；用GPS RTK测绘，具有采集速度快，精度的优点，大大降低了测图的难度，省时又省力。同全站仪一样，RTK 测量单点的时间都只要几秒到几十秒。但 GPS RTK 测量技术不要求通视和频繁地换站，而且可以多个流动站同时工作。与全站仪相比，采用 RTK 方式进行地形测量的速度会更快，作业的效率会更高（时间约可节省一半以上）。在地质找矿所需的大比例尺地形测图中，在地形条件较好的情况下（主要指相对高差较小、坡度不陡和接收卫星信号好、无线连接以及无死角），可直接利用 GPS RTK采集各地物地貌要素。但在地形条件不理想的状况下，测绘工作人员还需将 GPS RTK 和全站仪配合起来采集地形要素。

3.3 图根控制点加密

在测区首级控制网建立好后，为了便于施测大比例尺地形图和工程放样的需要，还要在首级控制网的基础上布设图根控制网。如果用传统方法布设(如使用全站仪)，工作量大、速度慢、时间长，并且测量结果和精度必须经室内计算平差后才能知道。采用 GPS RTK动态测量系统建立测区图根控制网，能够实时获得图根点的坐标。当达到要求的点位精度，即可停止观测，大大提高了作业效率。由于点与点之间不要求必须通视，只要求相邻两点之间通视就可以了，使得测量更简便易行。

3.4 勘探工程放样

采用GPS RTK测量技术进行放样，只需将所要放样的坐标输入RTK手簿中，系统就会定出放样的点位。

3.5 地质特征点采集

地质勘查中，通常需要对地表的一些地质特征点进行实地坐标采集，像探槽的端点、物化探异常点、钻孔位置等。和工程放样一样，如果用全站仪在作业区控制点少、地形复杂的情况下很难实现，采用 GPS RTK在测区首级控制网的基础上使用简单的数据采集功能就可轻松完成。

3.6 物化探测网

传统的物化探布网是采用基线加测线的方法，首先利用全站仪在测区控制网的基础上把每条测线的两个端点(即基线点)先测定出来，然后再利用全站仪在这些基线点的基础上把每条测线的全部测点都测定出来。这种方法工作量大，效率低。采用 GPS RTK作业，就可以很容易完成这项工作。GPS RTK测量系统有一种线放样功能，只要把一条线段的两个端点坐标输入手簿，线放样功能就会自动把这条线段上需要每隔一定距离的测点位置自动标定出来，从而可以轻松实施放样，当然在放样基线点的时候时间要长一些，放样测线点的时候时间可以短一些。

3.7 勘探线剖面测量

地质钻孔基本上都要设立在勘探线上，为此需要作勘探线剖面测量。要能为勘探设计、工程布设、储量计算和综合研究提供准确的基础资料，勘探线剖面测量应严格按规范要求及矿区设计要求去完成。传统的勘探线剖面测量是由地质工作人员布设剖面起始点，测量人员由起始点按剖面设计方向定线，沿给定的方向线上测定剖面测站点、剖面点（包括工程位置点、地质点、地物点、地貌变换点）以及剖控点。因此，如果地质工作人员能够学会操作 GPS RTK，则完全可以由此一人利用 GPS-RTK的放样功能完成勘探线剖面测量。

4 结语

（1）小范围(<50 km²)地质勘查项目建立测量控制网时，为了确定矿区边界(采矿边界和探矿边界)，测区地方独立坐标系的选择应遵循以下原则:当长度投影变形值不大于2.5 cm/km时，应采用高斯正形投影国家统一3°带的平面直角坐标系统;长度投影变形值大于2.5 cm/km时，应采用投影于抵偿高程面上的高斯正形投影国家统一3°带的平面直角坐标系统。

（2） GPS RTK作业，每个点的误差均为不累积的随机偶然误差，外业操作简单，能够满足快速求得厘米级精度的测量要求。对使用者来说，RTK作业最关键的环节是确定坐标系统转换参数。根据笔者近几年的经验，坐标系统转换参数最好用GPS静态相对定位无约束平差所获得的WGS-84平差坐标配合测区地方独立坐标系坐标来求解。

（3）小范围(<50 km²)地质勘查测量项目，可以用GPS水准测量方法建立测区高程控制网。如果测区采用独立高程系统，各控制点间的相对高差精度能够达到四等水准测量的精度。如果测区高程系统还要用GPS水准测量方法和国家高程网联测，在联测点精度满足三等水准精度并且联测距离<10 km的情况下，GPS水准高程同样能达到四等水准测量的精度;在联测精度满足四等水准精度并且联测距离在，10～20 km范围内，GPS水准高程能够达到等外水准的精度。

[1] 徐绍锉,张华海,杨志强等. GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社,2008.

[2] 南亲江,丁莉东. GPS-RTK 在地质勘探工程测量中的应用[J].能源技术与管理.2008,6:7-9.

GPS RTK technical function and application in geological exploration

GUO Xin, ZHAO Ji-xin
Team 604, Bureau of Non-ferrous Metals Geological Exploration of Jilin Province, Jilin 132000 , Jilin, China

The GPS RTK technology and its rapid static positioning, the quasi dynamic positioning and the dynamic positioning of three location models are mainly introduced. They analyze the application of the GPS RTK technology in geological prospecting, the prospecting network and control surveying, in engineering measurement, topographic surveying, mapping control point encryption, lofting of exploration engineering, acquisition of geological feature point, geophysical and geochemical exploration and prospecting line prof le measurement, and so on.

GPS RTK technology; work model and application; application in geological prospecting work

P228.4

：B

1001—2427（2013）04 - 164 -3

2013-09-05;

2013-11-20

郭 鑫（1985—））, 男 , 吉林珲春人 , 吉林省有色金属地质勘查局六〇四队助理工程师.