Trimble移动式单基站网络RTK技术在物探生产中的应用解析

程芳波

(中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司，山东东营 257100)

天宝测绘解决方案专栏

Trimble移动式单基站网络RTK技术在物探生产中的应用解析

程芳波

(中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司，山东东营 257100)

一、目的意义

物探测量作为地震勘探施工的先行军，其施工的效率和资料的准确性直接影响和制约着整个地震队伍的施工进度及后续资料解释的完美性。目前物探测量的施工方法为常规测量和常规RTK测量模式，其间存在许多影响施工效率和资料准确度的因素，如传统RTK技术存在着定位距离短(15 km)、电台传播差分信号数据受限、初始化时间长、参考站位置选取及架设费时费力、流动站受制于距离及地形限制等缺点，同时常规测量存在人为误差等问题。

二、常规RTK与网络RTK的区别

1.常规RTK与网络RTK的概念

常规RTK是一种采用载波相位动态实时差分技术，能够在野外实时得到厘米级定位精度的卫星定位测量方法。

网络RTK的定义为在某一区域内建立构成网状覆盖的多个GPS基准站，利用载波相位观测值，以这些基准站中的一个或多个为基准计算和发播GPS改正信息，对该区域内的用户进行实时改正定位。所谓网络RTK也就是用网络信号传输方式代替传统的数字传输电台方式传输差分信号。

2.常规RTK与网络RTK的区别

网络RTK与常规RTK最大的区别在于信号播发模式的不同，因此覆盖的范围和信号的强度有很大的区别，同时由于网络RTK基站固定，从生产和管理方面都较常规RTK有很大的优势，具体对比见表1。

表1 常规RTK与网络RTK应用对比表

三、Trimble移动式单基站网络RTK技术的革新

1.移动式单基站应用模式的提出

单基站技术已经应用的案例很多，但是目前应用的单基站都是固定式的，绝大多数在城市固定范围内应用，根据物探生产过程中存在流动性强、区域范围广、无人区施工等特点，经过针对性研究，最终形成了方便物探施工的移动式单基站模式，即基站不固定、用完可以转移，符合物探作业流动性强的特点，并形成与常规RTK一体化作业的技术，符合物探作业区域范围广、无人区施工等特点。

2.基站与数据中心之间的数据传输技术革新

以往的基站与数据中心之间是利用电缆直接连接的方式，进行数据的传输和交换，该模式决定了基站与数据中心之间的位置要距离很近，比较适合于物探生产中的三维工区施工。

通过外业手簿控制器进行传输，可以解决距离的限制，具体的数据传输过程为：首先外业基站采集各种卫星数据、星历文件等，将其存储到基站中，将手簿控制器与基站用数据线进行连接，将数据导入手簿控制器，手簿控制器与手机利用蓝牙连接上网，通过网络和手簿控制器上的无线网络传输软件与数据中心对接，进行数据的传输。设置比较烦琐，但不涉及高深的技术问题，本文不再作具体的步骤说明。

3.网络数据与电台信号的转换技术创新

常规RTK全部利用数据电缆与电台进行连接，将基站采集的卫星数据和文件通过电台进行播发，流动站通过内置电台进行接收，从而进行正常的差分定位作业；而网络RTK在数据传输过程中全部是网络数据与移动电信信号数据之间的转换与传输。

为了解决移动电信信号网络盲区的问题，将网络数据、电信信号数据、电台数据三者进行交互应用，就需要在数据中心和流动站之间进行一次或多次的数据格式转换，即将数据中心发出的网络数据通过转换，形成电台数据进行播发，流动站通过接收电台数据进行正常差分定位作业，实际上就是基站与数据中心之间，以及数据中心与转换装置之间的过程利用的是网络RTK模式，而转换装置与流动站之间利用的是常规RTK模式，实现常规RTK与网络RTK的一体化作业，如图1所示。

图1 网络数据与电台信号转换示意图

4.1000 km以上联机测量作业技术的创新

物探施工的区域决定数据中心的网络成为一个难题，流动站的网络可以用手机卡进行上网传输，而数据中心需要处理数据，并且不停地与基站和多台流动站进行交互数据，因此需要较为稳定且带宽较大的网络。

为了解决这个难题，通过研究讨论，最终选用了TSM软件作为中间的数据交互工具，通过对TSM软件并行程序的开发和扩大，形成数据中心在东营基地，而在1000 km以外的工地独立架设多个基站独立作业的工作模式，不仅解决了数据中心网络的难题，同时突破了数据中心同时带动多个独立运行单基站技术难题，从而突破了1000 km以上联机测量作业技术，实现青海、四川、新疆等同步单独施工作业。

四、应用情况

1.胜北三维应用情况

2012年9月19日，胜北三维前期启动，穿越垦利县城，由于当时数据中心专用网络未开通，临时利用无线网络接入应用，同时带动野外8个流动站进行作业，数据采集精度为厘米级，达到规范要求，给生产带来了很大的便利性。但是利用无线网络的弊端也非常明显，在流动站与数据中心之间数据传输量过大时，偶尔产生数据传输“卡”的现象，即网络带宽不能满足数据量的传输，出现数据传输迟缓，施工效率受到影响，但不影响差分定位精度。截至2012年9月29日，该段期间共利用网络RTK进行正常施工2836个点，所有采集点精度满足要求。

2012年10月9日，胜北三维测量生产全面启动，数据中心专用网络已开通，利用移动式单基站网络RTK技术平台同步带动16台流动站进行作业，截至2012年12月21日，完成胜北三维全部测量主体生产任务共计143 560个物理点，所有物理点无一因技术问题超限，期间平台运行稳定。

2.草桥三维应用情况

2012年10月15日，草桥三维测量生产启动，利用移动式单基站网络RTK技术平台同步带动17台流动站进行作业，截至2013年1月12日，完成草桥三维生产任务共计106 506个物理点，所有物理点无一因技术问题超限，期间平台运行稳定。

2012年10月15日至12月21日期间，胜北和草桥两个队伍同步使用网络RTK进行作业，正常生产流动站数量达到33台，加之期间跟组作业流动站，数量达到40台之多，充分说明TSM软件经过改造后，能够满足物探生产多台流动站同步作业的需求。

草桥施工期间，进入广饶县城以南的部分区域，由于特殊装置的影响，出现无电信信号的现象，于是施工该区域时架设了常规RTK基站，通过对8650个相交数据的对比，验证了常规RTK和网络RTK在实际生产中结合应用的可靠性，数据精度完全满足规范的要求。

3.湖南探区应用情况

2013年春节过后，湖南邵阳、永耒二维继续施工，本次网络RTK技术的应用采用了全新的模式，分别在邵阳和耒阳地区架设了多个基站，且基站之间单独使用，数据中心在山东东营，各个基站与数据中心，以及流动站与数据中心之间的数据交换全部采用网络方式完成。

应用前在工地进行了控制点间的数据精度对比验证及施工物理点间的数据精度对比验证，确认精度符合要求后，投入了8台套仪器进行跟组测量，截至目前共完成1865个物理点。

4.应用效果

以上在工区的实际应用，达到了预期的两个指标：一是作业区域扩大，施工效率提高，由传统RTK的覆盖范围10～15 km扩展到30 km；二是进一步提高了施工质量，利用移动式网络RTK技术使得作业区域内减少死角和盲区，从而确保数据的准确可靠。除此以外，在很多方面还超过了预期的目标。

通过各个环节应用过程的对比，按照每年10个施工区块计算，大概可以节约成本共计人民币320万元。

(本专栏由天宝测量部和本刊编辑部共同主办)