ＧＰＳ?。遥裕嗽谒きh(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

溫俊濤

摘要：結(jié)合水工環(huán)地質(zhì)研究的發(fā)展情況，簡要論述了GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)中的應(yīng)用情況，通過實際測量數(shù)據(jù)對RTK技術(shù)測量精度進(jìn)行了淺析，并得出了一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 水工環(huán)地質(zhì) 調(diào)查

1 基本工作原理

GPS RTK(Real Time Kinematic)~tJ量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS實時動態(tài)測量定位系統(tǒng)。RTK系統(tǒng)采用差分法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差及接收機鐘差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響，測量精度達(dá)到厘米級。

實時動態(tài)測量的基本工作方法是，在基準(zhǔn)站上安置1臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)的觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備實時地發(fā)送給用戶觀測站(流動站)。在流動站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后根據(jù)GPS相對定位的原理，即時解算出相對基準(zhǔn)站的基線向量，解算出基準(zhǔn)站的WGS一84坐標(biāo)；再通過預(yù)設(shè)的wGS一84坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，實時地計算并顯示出用戶需要的三維坐標(biāo)及精度。

2 儀器設(shè)備的發(fā)展

2.1 國外的主要進(jìn)展90年代后，GPS儀器又有了一些新發(fā)展。相繼推出了多態(tài)雷達(dá)系統(tǒng)、層析雷達(dá)系統(tǒng)。三維雷達(dá)技術(shù)具有明顯提高解決淺層地質(zhì)問題的能力，但卻因耗時費力得不到普遍的應(yīng)用。為此，F(xiàn)rank Lehman等研制出空自動的組合地質(zhì)雷達(dá)激光經(jīng)緯儀系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，一人可在2h內(nèi)完成25m×25m范圍的三維數(shù)據(jù)采集。三個方向上的定位精度為士2.5cm。數(shù)據(jù)處理、成圖可在lh內(nèi)完成，比傳統(tǒng)方法的效率提高5～10倍。

2.2 國內(nèi)的進(jìn)展 90年代我國引進(jìn)了一批地質(zhì)雷達(dá)儀器并將它 ]用于工程和災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查。近年來，國內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)儀器的研制也取得了較大的進(jìn)展煤炭科學(xué)院西安分院物探所研制成功了適用于礦山防爆要求的DVL防爆型礦井雷達(dá)系列。原電子工業(yè)部第二十二研究所相繼研究成功了LT一1，2，3型GPS。航天工業(yè)總公司愛迪爾國際探測技末公司推出了商品化的撂地雷達(dá)系列產(chǎn)品。國內(nèi)外生產(chǎn)的多種類型的GPS儀器，一般都具有較好的性能，可供不同探測目標(biāo)選用。

3 數(shù)據(jù)采集與處理

3.1 90年代初，GPS資料由單點采集過渡到連續(xù)采集。使GPS 技術(shù)的應(yīng)用向前邁進(jìn)了一大步。

3.2 地震資料處理的方式基本適用于GPS資料的處理。為了更好地將石油地震的先連技術(shù)；進(jìn)到GPS 領(lǐng)域，一些公司之間開展了合作。比如，1990年后SSI公司與地震圖像軟件公司(SISL)達(dá)成協(xié)議，SSI公司按地震資料輸出格式設(shè)計Pulse EKKO GPS系統(tǒng)， 將SISL公司開發(fā)的地震資料處理軟件用于GPS資料的處理。這些軟件包括各類濾波、反褶積及資料顯示等。

3.3 據(jù)SSI公司1998年底披露，該公司即將發(fā)行改進(jìn)軟件一EKKO 三維2型軟件。采用2型三維軟件，用戶可以在方便的條件下試驗下述不同軟件的組臺處理，以便提高數(shù)據(jù)的立體特征。該三維軟件包括去頻率顫動、噪聲濾波、背景清除、包絡(luò)線和偏移。

3.4 透射法取得的資料必須經(jīng)過處理才能顯示成解釋所需的資料。SSI公司于1997年開發(fā)出可用于將GPS透射資料變換成可用于解釋圖像的軟件。實施步驟包括：原始資料編輯和歸類、采集波至、利用美國礦業(yè)局的地震層析軟件對資料進(jìn)行層析成像處理，繪制速度、衰減及波傲圖件以及圖像處理等。

3.5 針對當(dāng)前GPS技術(shù)的應(yīng)用研究中，只側(cè)重探測能力試驗和數(shù)字模擬研究而對GPS 資料解釋研究不夠的現(xiàn)狀，雷林源提出了與GPS資料解釋工作有關(guān)的基本理論和方法以及一些基本問題的求解。提出的基本問題包括電磁波在地層中傳播的波阻抗；地層分界面上電磁波場強的反射與透射系數(shù)；地層中電磁波速度和反射波的相位以及GPS 探測深度等。

4 應(yīng)用實例

GPS技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，證明具有多方面的用途。國內(nèi)刊物對一些普通的應(yīng)用已給予了較多的介紹。這些應(yīng)用包括：在水文地質(zhì)方面可以用于淺部地下環(huán)境調(diào)查；在工程地質(zhì)勘察方面可用于調(diào)查地下埋藏物、隧道、巖溶等。

4.1 調(diào)查地質(zhì)環(huán)境污染

4.1.1 一座建立在石灰?guī)r地區(qū)的硝化纖維廠， 由于污水的泄漏導(dǎo)致硝化纖維對地質(zhì)環(huán)境的污染，為了探測地表至潛水面(約6am)巖溶結(jié)構(gòu)可能捕獲的硝化纖維，在18個30米深和7個50m深的鉆孔中作了井中雷達(dá)探測。對收集到的資料作常規(guī)處理后，采用惠更斯一基爾霍夫(HK)疊加法繪制出三維雷達(dá)圖。從深度為10m的重建圖像上可以看出幾個受硝化纖維污染的位置在后來的開挖中， 證示了GPS的探測成果。

4.1.2 探測碳?xì)湮廴疚镌囼?多年來的野外試驗已證明GPS具有調(diào)查地質(zhì)環(huán)境污染的能力。國外專家在lm×0.4m×0.5m 箱體中作了精心的試驗，試圖再一次驗證GPS探測污染的能力，并用相關(guān)攢：型說明雷達(dá)響應(yīng)與一些水文參數(shù)間的關(guān)系。通過試驗和GPS數(shù)據(jù)的處理和解釋得出結(jié)論：在污染物達(dá)到飽和對，利用GPS探不到潛水面；在相鄰未受污染區(qū)可探到潛水面對，GPS可用于監(jiān)測潛水面上的污染物；小型實驗有助于探測或驗證砂質(zhì)土壤的水文地質(zhì)參數(shù)，如毛細(xì)作用水頭、污染物羽狀流的傳播速度；GPS能成功探測石油污染。

4.2 南極永凍場地安全檢查 在一個南極考查計劃利用的場地內(nèi)，發(fā)現(xiàn)地下0.3～0.5m位置的冰內(nèi)有一些融水坑(據(jù)2000年初中央電視臺報道，我國南極科考隊也發(fā)現(xiàn)了與此相似的冰水湖)。它們將給場地的利用帶來負(fù)面的影響。為此，利用GPS對場地進(jìn)行了調(diào)查。通過對記錄的繞射波結(jié)構(gòu)及其他信息的分析，在3.5m左右深度發(fā)現(xiàn)一些有40m長、含分散水的冰層帶，但含水量較少。

4.3 區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查 雷達(dá)相圖被定義為某一特定地層產(chǎn)生的雷達(dá)反射圖像特征均總和，指的是雷達(dá)剖面資料上內(nèi)眼可見的反射波的不同組合形式。雷達(dá)資料觀測中，地質(zhì)體的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)特征會影響雷達(dá)響應(yīng)并產(chǎn)生特征效應(yīng)。這些特征效應(yīng)被稱為雷達(dá)相圖元素。自1990年以來，荷蘭TNO應(yīng)用地學(xué)研究所在荷蘭30多個適合于GPS調(diào)查試驗的點上作了測量，用于評價GPS對不同水文地質(zhì)目標(biāo)成像和描述目標(biāo)特征的可能性。探查成果揭示出荷蘭不同沉積環(huán)境下雷達(dá)相圖元素的特征，該相圖集對確定地下水文地質(zhì)層序的位置有益。

5 建議與總結(jié)

采用GPS RTK技術(shù)可以使外業(yè)測量一步到位，省掉許多不必要的中間環(huán)節(jié)，最大限度地減少外業(yè)工作量，從而使整個測量工期達(dá)到最短。同時，外業(yè)工序的簡化和迅速完成也可以使所有的后續(xù)專業(yè)工序。整體總結(jié)如下：①GPS RTK 應(yīng)用于水下地形測量是一種理想的作業(yè)方式，在工程測量中應(yīng)大力推行。②在通視條件較差的地區(qū)，應(yīng)用RTK測量，可以減少測站轉(zhuǎn)點數(shù)量，加快測量速度。③GPS RTK 的無線電數(shù)據(jù)鏈在樹木較多地區(qū)或高坎下，工作鏈接質(zhì)量較差，求得固定解的時間較長，操作人員需要耐心，不能以浮點解替代固定解。