GPS-RTK与全站仪相结合在煤田三维地震勘探测量中的应用

GPS-RTK与全站仪相结合在煤田三维地震勘探测量中的应用

吕小军

（山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西、太原 030001）

摘要：文中讨论了GPS-RTK与全站仪的原理、特点和方法，并根据煤田三维地震勘探测量物探测量中的生产情况讨论了两者的有机结合，对遇到的实际问题提出了有益的见解，有较高的实用价值。

关健词：煤田三维地震勘探测量； GPS-RTK； 全站仪；

1 概述

在当前的煤田三维地震勘探测量工作中，地面上采用全站仪测量一直是各单位作业的主要方法；而GPS-RTK测量技术时下风靡全国，也已应用到煤田三维地震勘探测量领域。本文根据两者的特点进行了论述，在实际工作中取得了较好的效果。

2 GPS-RTK测量的定位方法和坐标转换

2.1 定位方法概述

实时动态(Real Time Kinematc— RTK）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统。它是GPS测量技术发展的一个新的突破。

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，实时发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星的同时，通过无线电接收到设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地计算并显示用户站的3维坐标及其精度。

从以上可知，RTK测量系统与静态、快速静态、准动态和动态相对定位等测量模式相比，可以通过实时计算的定位结果，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。

2.2 测区坐标的转换参数及公式

GPS测量所使用的坐标系统为WGS-84坐标系，而煤田三维地震勘探测量区控制坐标系统一般是54坐标系或地方坐标系，因此两者进行坐标转换是必要的。通常已知经典地面网的3维坐标一般是在参心坐标系中以大地坐标的形式表示的，设为（B，L，H）；GPS的3维坐标一般是在协议地球坐标系中以空间直角坐标或大地坐标的形式给出的，设为（X，

Y，Z）。为此，必须首先将地面网的已知大地坐标，按以下熟知的关系式，转换为相应的空间直角坐标：

X (N H)cosBcosL Y = (N H)cosBsinL （1）

2 Z N(1 e) HsinB

其中，N为椭球卯酉圈曲率半径；e为椭球第一偏心率。

当转换结束后，其地心坐标（x，y，z）G与地方坐标（x，y，z）r的转换公式为：

x 100x0 zy y z x x

y _ y = 010yz0 x k （2） z G z r 001z yx0 r

式中， x， y， z，k， ， ， 等7个参数通过作业前联测得到，当作业精度较低时，也可直接根据3个平移参数（ x， y， z）转换。联测应需要至少3个分布均匀的已知点，最好分布在测区的四周，作业时取其中之一为其准站，测区坐标系取国家坐标系或相对坐标系视情况而定，计算在高斯投影面上进行，以投影平面上的坐标形式输出。 3 全站仪测量的原理方法和精度匹配

3.1原理和方法

全站仪是全站型电子速测仪（total station optical electronic tacheometric theodolite）的简称，它集电子经纬仪、光电测距仪和微处理器于一体。自20世纪80年代中期问世以来，因其操作简单、读数准确、功能强大、测角与测距高度集成的优点，倍受国内外测绘界的青睐。全站仪的数字显示、双轴补偿、电子校准、数字传输等特点，已成为测量工程界在煤田三维地震勘探测量中广泛采用的仪器。在智能化发展越来越迅速的今天，大多数全站仪可以进行自由设站，计算测站点的坐标；进行支导线测量和计算；测站定向和极坐标测量及坐标点的放样；还可进行对边测量、悬高测量以及面积测量及计算等。在煤田三维地震勘探测量的碎部点测量中，尽管有极坐标法、方向交会法以及量距法等，但极坐标法仍是其主要方法，其原理如下图所示：

3.2测角与测距精度的匹配

现在一般使用的全站仪其测距标称精度为±（5mm+5×10-6 S）,按精度匹配的原则，则msm 有= (ms－测距精度，m －测角精度) 取测距长度为500m得 s

m =ms

s× =5

500000×206265″=2″ (3)

因此，当使用测距仪标称精度为±（5mm+5×10-6 S）时，应配套采用测角精度为2″级的全站仪。

4 两者在煤田三维地震勘探测量中的结合

4.1控制点的测设

由于GPS-RTK技术在控制测量上有无可比拟的技术优势，因此当测区控制点选在地势较高和上半空间视野开阔无遮挡且能避开无线电干扰和多路径效应的时候应由GPS-RTK施测，而信号遮挡地区应用全站仪布设导线的方式施测控制点。这样就可以相互扬长避短，提高生产效率。

4.2碎部测量点的施测

在一般的地形地势下，高质量的GPS-RTK设站一次即时可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和全站仪的“搬站”次数，一台流动站仅需一人操作，因此一般情况下尽量用GPS-RTK施测；而在高山峡谷及密集森林区，全站仪测量的精度高和稳定性好的优点尽显无疑，因此作业时一般用GPS-RTK施测较为宽阔地带的放样点。在GPS-RTK失锁较严重和采集精度效果不理想区，就在有信号空间的地点用GPS-RTK布设图根点，用全站仪施测放样点。这样既避免了GPS-RTK测量所发生的特殊地区精度不能满足要求的情况，又避免了常规的全站仪图根导线测量。既减少了支导线累计误差，又提高全站仪的碎部点的采点点位精度,施测碎部点精度较高且均匀。在实际工作中我们一个小分队6人（其中一人在GPS-RTK基准站作业，两人在GPS-RTK流动站作业，三人为一台全站仪组）就可完成常规

三小组（9人，三台全站仪）的工作，提高了生产效率，降低了工作强度。

4.3测量成果的检核

（1）控制点检核

研究表明，GPS-RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%，GPS-RTK比静态GPS多出一些误差因素如数据传输链误差等。因此在布设控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。

（2）碎部点检核

由于GPS-RTK测量涉及到卫星状况、时段影响、数据传输受干扰、高程异常等问题，全站仪测量也有设站、定向、三轴误差等问题的影响，两者施测的坐标应相互有一定的检核，直到精度完全符合相应规范要求方可进行作业。

5 结论

1． GPS-RTK与全站仪相结合在煤田三维地震勘探测量中是完全可行的，特别是地形复杂区，效益更加明显。

2．由于两者在实际测量中都有很多优秀的方面，同时又都受某些客观技术条件的限制，因此要了解它们的优劣所在，才能避其利害，把有益的生产技术带到煤田三维地震勘探测量应用中来。

3．随着我国各地区连续运行卫星定位服务系统（大功率基准站）的建立和GPS软硬件的不断更新，GPS-RTK在煤田三维地震勘探测量具有良好的应用前景，而全站仪在煤田三维地震勘探测量中的使用仍是目前各生产单位的主要作业手段，两者的有机接合将是地面煤田三维地震勘探测量的应用发展方向。

参考文献：

[1]周忠谟,易杰军,周琪编著.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1997

[2]GB/T 18314-2001 《全 …… 此处隐藏：2571字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……