地震勘探测量中基于星站差分(RTX)的7参数转换计算及应用研究
摘要
关键词
RTX测量技术;7参数转换;ITRF架构
正文
1引言
地震勘探是地震学研究的重要组成部分,它的主要目标是通过对地震波的测量和分析,来揭示地下结构的信息。测量学在地震勘探领域有广泛的应用,在过去的几十年里,地震勘探测量技术已经取得了显著的进步,但是,传统的RTK测量技术在精度和效率方面仍然存在一些限制。因此,寻找一种更高效、更精确的测量技术,已经成为地震勘探测量领域的重要研究方向。
RTX技术是Trimble公司近年来开发的一种定位技术[1],Trimble RTX(Real time eXtend)测量技术作为一种新型的测量技术,已经在地震勘探测量中显示出了显著的优势,使用户能在地球表面或靠近地球表面的任何地方进行厘米级实时定位,能够在不采用基准站、电台或网络参考站链接的情况下,实现从亚米到厘米精度的 GNSS 定位服务[2]。RTX测量技术是基于ITRF(International Terrestrial Reference Frame,国际地壳参考框架)架构的,这种技术可以提供更高的测量精度和更快的数据处理速度。此外,在实际生产应用中,需要从ITRF架构到当地坐标系的转换,由此需要求取转换参数,本文的主要目标是通过对RTX测量技术在地震勘探测量中的应用进行深入的研究和分析,来揭示RTX测量技术的优势和7参数转换的计算方法。
本文的结构如下:首先,我们将介绍RTX测量技术的基本原理和特点,然后,我们将分析RTX测量技术在地震勘探测量中的应用,接着,我们将详细介绍7参数转换的计算方法,最后,我们将对RTX测量技术的优势和挑战进行讨论。我们希望,通过本文的研究,能够为地震勘探测量领域的研究者提供一些有价值的参考和启示。
2 RTX测量在地震勘探测量中的优势
2.1 RTX测量的基本原理
RTX测量技术是一种基于全球导航卫星系统(GNSS)的定位技术,它能够提供厘米级的定位精度[3]。RTX测量技术的工作原理是通过接收来自多个卫星的信号,然后利用这些信号的传播时间来计算接收器的位置。这种技术的关键在于能够准确地测量信号的传播时间,这需要对卫星的轨道、地球的大气层以及其他影响因素进行精确的建模和校正。
RTX测量技术的一个重要特点是它不需要基站,这使得它在地震勘探测量中具有显著的优势。传统的RTK测量技术需要设置基站,这不仅增加了设备和人力成本,而且在某些地形复杂或者交通不便的地区,设置基站可能会非常困难。而RTX测量技术则可以克服这些问题,提供更加灵活和高效的测量解决方案。
2.2 RTX测量在地震勘探中的应用
在地震勘探测量中,RTX测量技术的应用主要体现的优势在以下几个方面:
l 全球覆盖:RTX技术不受基站分布的限制,可以在全球范围内提供高精度的定位服务,无论是在城
市还是偏远地区都能够获得较高的精度水平。
l 不受基线长度限制:传统的RTK技术在基线长度较长时精度会受到影响,而RTX技术不受基线长
度的限制,能够实现在全球任意位置的高精度定位。
l 无需基站设备:RTX技术不需要用户自行设置基站设备,只需使用接收器即可获取高精度的定位
信息,简化了设备的部署和使用。
l 实时性和稳定性:RTX技术提供实时的定位服务,并具有较高的稳定性,能够在恶劣的环境条件
下提供可靠的定位结果。
l 兼容性强:RTX技术与多种卫星导航系统兼容,包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗等,提高了
定位的可用性和可靠性。
l 高精度:RTX技术可以实现亚米级甚至厘米级的定位精度,满足了许多高精度定位需求。
总的来说,RTX测量技术在地震勘探测量中具有显著的优势,它不仅可以提供高精度的定位,提高地震勘探的效率,而且可以提高地震勘探的安全性和可靠性。
3基于ITRF架构的7参数计算应用实例
国际地球自转和参考系统服务(IERS)提供的国际地壳参考框架(ITRF)是一种精确的全球参考系统,用于地理信息系统、地震监测、卫星导航等领域。ITRF架构是通过对全球各地的地壳运动数据进行精确测量和分析得到的,这些数据包括地壳的位移、速度和加速度等信息。RTX测量技术是基于ITRF架构下应用的,本文实例所描述的是基于ITRF2014架构下的RTX应用。列举的实例是笔者从事过的一个三维地震勘探项目。
3.1 工区内控制点的选取与平差计算
在进行7参数计算时,首先需要选取工区内的控制点。控制点的选取应该基于以下几个原则:首先,控制点应该均匀分布在工区内,以确保控制网的准确性;其次,控制点的位置应该尽可能稳定,以减少地壳运动对计算结果的影响;最后,控制点的数量应该足够多,以提高计算结果的精度。基于以上原则,在探区内均匀选择高等级的控制点,整个控制网的结构如图1所示。
图1 控制网图
将上图中的19-008,21-017,20-042,L9949.02,AF80,RH19作为一级控制点,将控制网观测结果上载到美国天宝公司在线后处理服务网站对这些控制点进行平差[4],平差是基于ITRF2014架构解算[5],星历为2023.26。接下来基于WGS84下对网进行平差处理,选取AF80做为最小约束点进行平差,对比其他控制点的WGS84坐标,以此来验证所选取的控制点的准确性。这些结果证明了网络观测的完整性,并验证了已选取的控制点的准确性。同样最小约束控制点AF80的ITRF2014坐标来进行平差以证明得到的ITRF2014坐标的准确性。这证明了ITRF 2014坐标在最小约束控制网络中的完整性和有效性。 因此,这些坐标可以被用作 ITRF 2014 基准转换的输入。
3.2 7参数的计算和应用
测量坐标转换7参数包括三个平移参数、三个旋转参数和一个尺度参数,它们可以描述从一个参考系统到另一个参考系统的转换。在地震勘探测量中,7参数的计算通常基于最小二乘法,通过最小化控制点在两个参考系统中的位置差来求解。计算得到的7参数可以用于将地震数据从一个参考系统转换到另一个参考系统,从而提高地震数据的精度和一致性。
在地震勘探测量中,7参数的计算是非常重要的一环。这7个参数包括三个平移参数(Tx, Ty, Tz),三个旋转参数(Rx, Ry, Rz)和一个尺度参数(M)。基于布尔莎模型,这些参数可以通过以下公式进行计算:
Tx = X2 - X1
Ty = Y2 - Y1
Tz = Z2 - Z1
Rx = atan((Z2 - Z1) / (X2 - X1))
Ry = atan((Z2 - Z1) / (Y2 - Y1))
Rz = atan((Y2 - Y1) / (X2 - X1))
M = sqrt((X2 - X1)2 + (Y2 - Y1)2 + (Z2 - Z1)2)
其中,(X1, Y1, Z1)是原始坐标,(X2, Y2, Z2)是目标坐标。这些参数可以用于将原始坐标转换为目标坐标,从而实现精确的地震勘探测量。
结合3.1部分选取的控制点和描述,基于以上原理和公式,选取控制点的WGS84坐标和基于ITRF2014架构下的网处理平差坐标,利用测量软件可以解算出7参数。
确定转换参数需要来自同一组点的两个基准的坐标输入。为了进行基准变换计算,两个系统中所有点的椭球高度均设置为 0.0。 这样做是为了最大限度地减少由于高度误差而导致的任何可能的扭曲或偏差。
4 结束语
通过本文的研究和分析,我们深入探讨了RTX测量技术的基本原理、特点以及在地震勘探测量中的优势,同时详细介绍了基于ITRF架构的7参数转换的计算方法和应用实例。RTX测量技术作为一种基于全球导航卫星系统(GNSS)的定位技术,具有全球覆盖、无需基站设备、实时性和稳定性等优势,为地震勘探测量提供了更高精度和更高效的定位服务。与传统的RTK技术相比,RTX测量技术不受基线长度限制,能够在全球范围内提供厘米级精度的定位服务,极大地提升了地震勘探的测量效率和精度。另外,本文还介绍了基于ITRF架构的7参数转换的计算方法和应用实例。通过选取工区内的控制点,利用最小二乘法计算出7个转换参数,实现了从一个参考系统到另一个参考系统的精确转换。这些转换参数的计算和应用为地震数据的精度和一致性提供了重要保障,为地震勘探的研究和实践提供了有力支持。总的来说,本文为地震勘探测量领域的研究者提供了一种新的研究视角和方法,对于推动地震勘探技术的进步和应用具有重要意义。随着技术的不断发展和应用的不断拓展,相信RTX测量技术将在地震勘探领域发挥越来越重要的作用,为地球科学的研究和应用带来新的突破和进展。
参考文献
[1]吴建梅,柯 敏,房新玉.Trimble RTX 技术性能测试与应用分析.水道港口.第40卷,第3 期,2019年6月
[2]徐以厅,宋济宇.Trimble RTX 技术综述[J].测绘通报,2014(2):137-138.
[3]李春林,王 波,李亚刚,李小刚. Trimble RTX 与传统 GNSS 技术在青海地区基础测绘应用中的精度对比分析.测绘技术装备,第 21 卷 2019 年第 4 期:39.
[4]柯 敏,王旭杰. 利用 Trimble RTX 后处理技术开展港口控制测量.水道港口,第42卷第1期2021年2 月
[5]张胜,杜士澍,屈津年,等.Trimble RTX 后处理解算精度分析[J].测绘与空间地理信息,2018(5).
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