考古RTK测量应用及GNSS技术在RTK测量中的原理

作为一种以载波相位观测量为基础的实时动态定位技术,RTK实时动态差分)技术是一种新的常用的GPS测量方法。在野外操作中,可得到厘米级的定位精度。常见的RTK测量,要求至少两台同时工作的内含GNSS模块的GNSS接收机.

  近年来,无人机、全站仪、GPS、RTK等现代测量工具被广泛用于考古工作中,大大提高了测量精度和工作效率。在近年来的良渚古城考古、吉尔吉斯斯坦红河古城考古、雄安新区考古调查,及“经远舰”海上考古调查工作中,都有着重要的应用。



现代考古工作中常见的全站仪、GPS、RTK等测量工具


  如今,考古界已经有了公众化、科技化和国际化三大趋势,目前科技化的发展十分迅速。通过借助卫星遥感、光电科学、导航测绘等大量先进的科技手段,文物考古工作得以大幅度提高。

  特别是RTK实时动态差分技术的出现,为工程放样、地形绘图和各种控制测量带来了极大的便捷性,显著地提高了野外作业的效率。比如,入围2018年中国十大考古新发现的“经远舰”海上考古调查,是继“致远舰”后,我国水下考古工作获得的又一重大成果,也是目前唯一发现的北洋海军舰铭牌。



“远”字铭牌


  此次考古调查便通过利用综合运用多波束海测、差分定位、水下三维声呐成像等物探技术,实现了水下抽沙精准定位、沉舰全景与“經遠”铭牌区的三维声呐成像,大幅度提高搜寻定位工作效率的同时,还为以后大型沉舰遗址的调查、研究与展示工作提供借鉴。

  具体来说,调查前期,考古队运用多波束声呐获取海底残存舰体影像,进而确认整舰为上下倒扣的埋藏状态。经过科学分析,工作目标确定为寻找右舷舰铭牌上。

  为搜寻这一珍贵的右舷舰铭牌,通过利用差分GPS精准定位技术,最终,在连续抽沙20多天后,在泥下5.5米深度找到“經遠”舰铭牌,由此确证庄河铁质沉船即是北洋海军在甲午黄海海战一役中沉灭的“经远舰”。



考古RTK测量现场,资料图


  作为一种以载波相位观测量为基础的实时动态定位技术,RTK(Real-time kinematic,实时动态差分)技术是一种新的常用的GPS测量方法。比起手机GPS,精度要高很多,在野外操作中,可得到厘米级的定位精度。由单人操作就能完成测量,测量时也不需要光学通视,操作简便,且几乎可以全天候工作,极大提高了工作效率和工作精度。

  另外,与静态、快速静态、动态测量,都需要事后进行解算才能得到厘米级的定位数据相比,RTK是一种能够实时得到厘米级定位精度的测量方法。该技术可满足除植被茂盛、信号干扰较强等区域以外大部分地形条件的需求。

  延伸阅读:GNSS技术在RTK定位测量中的应用

  常见的RTK测量,要求至少两台同时工作的内含GNSS模块的GNSS接收机,其中一台接收机被指定为基准站,另外一台为流动站。


GNSS-RTK测量原理图


  其中,基准站接收机通常置于一个已知点上,即经度、纬度和高度已知的点。

  实际操作中,基准站系统采集来自可用卫星的原始数据。该原始数据经包装后,由串行端口送往待命的无线电发射机。发射机对包装后的原始数据进行广播,任何接收机都可以接收。RTK流动站是系统的实用部分。

  而流动站,则通常可放置于背包中,携带方便。使用者通过掌上电脑或数据采集器,与接收机交换数据。

  实际操作中,流动站电台接收基准站发来的,包含基准站接收GNSS原始数据的信息。电台将收到的基准站原始数据经由串口转往流动站接收机。与此同时,流动站GNSS接收机,会在其当前位置采集本机的原始数据。

  来自基准站GNSS接收机与流动站GNSS接收机的原始数据汇集在流动站接收机中处理,以计算出两个接收机之间精确到厘米级的基线向量。最后,流动站接收机利用已知基准站位置和基线向量,最终计算出流动站精确的位置坐标。

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