淺析GPS—RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用

李斌

[摘要]隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷提升，在現(xiàn)代化地質(zhì)勘查測量中引進(jìn)了大量先進(jìn)的地質(zhì)勘查技術(shù)，確保了我國的地質(zhì)勘查行業(yè)獲得了穩(wěn)定快速的發(fā)展，從而在一定程度上推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為社會主義建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在目前的地質(zhì)勘查工作中，GPS-RTK技術(shù)是一種技術(shù)含量較高且應(yīng)用廣泛的地質(zhì)勘查測量技術(shù)，這一技術(shù)的引進(jìn)使得我國地質(zhì)勘測總體水平得到了進(jìn)一步提升。本文通過對GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行介紹研究分析，淺談GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]地質(zhì)勘查 GPS-RTK技術(shù) 分析 應(yīng)用

[中圖分類號] P62 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-263-1

地質(zhì)勘查工程一般需要大量的測量、計(jì)算、整理工作，傳統(tǒng)的工作方式不僅需要消耗大量的人力、物力和財力，而且工作效率也得不到有效的提升，很難實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查行業(yè)步入信息化、數(shù)字化時代。然而，GPS技術(shù)的到來使得地質(zhì)勘查行業(yè)經(jīng)歷了一次偉大的技術(shù)革命，并且通過對技術(shù)的不斷革新，已經(jīng)可以替代傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查測量工作，工作效率得到了很大的提升。下面就淺談一下其中GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用和優(yōu)勢。

1地質(zhì)勘查測量簡介

地質(zhì)勘查，一般指對一定地區(qū)內(nèi)的巖石、地層構(gòu)造、礦產(chǎn)、地下水、地貌等地質(zhì)情況進(jìn)行重點(diǎn)有所不同的調(diào)查研究工作，一般分為前期尋找、普查、詳查和精查四個過程，國家對本土地質(zhì)進(jìn)行勘查的目的在于對本國領(lǐng)土地質(zhì)有一個詳細(xì)的了解并記錄在庫，一方面用于國家對城市的整體規(guī)劃建設(shè)，一方面便于相關(guān)部門對地下資源的勘測開采。

一般來講，地質(zhì)勘查需要大量的測量工作，包括對整個地區(qū)的地質(zhì)、地貌、地形有一個全面整體的測量，并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)際測繪工作，然后對測量的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)、繪制圖紙等工作。地質(zhì)勘查需要進(jìn)行大量的測量整理工作，先進(jìn)的測繪技術(shù)對于提高工作效率、節(jié)省大量人力物力有著重要的影響，隨著近些年來我國測繪技術(shù)的不斷提升，特別是引進(jìn)GPS-RTK技術(shù)以來，給地質(zhì)勘查工作帶來了巨大的方便，實(shí)現(xiàn)了勘查技術(shù)的全面飛躍。

2 GPS-RTK技術(shù)概述

2.1 GPS技術(shù)在地質(zhì)勘查中的運(yùn)用

GPS又稱全球定位系統(tǒng)，是美國在上世紀(jì)70年代研制出來的，主要用于應(yīng)用于軍事、民用交通導(dǎo)航、地質(zhì)測量、野外考察探險、土地利用調(diào)查、信息通信等不同領(lǐng)域。GPS技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)勘查測量工作中是一項(xiàng)重大的技術(shù)革命，它改善了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊端，實(shí)現(xiàn)了對地質(zhì)測量的信息化處理，主要應(yīng)用了單點(diǎn)導(dǎo)航和相對測量兩種定位技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上衍生了多種工作模式，大大提升了地質(zhì)勘查測量的工作效率。

2.2 GPS-RTK技術(shù)簡介

GPS-RTK技術(shù)即實(shí)時動態(tài)差分定位技術(shù)，它是基于GPS測量技術(shù)、加入數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的思想而逐步發(fā)展起來的一種全新的GPS測量定位技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)史上的一項(xiàng)重大突破。GPS-RTK技術(shù)具備精度高、速度快、省時省力的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際測量過程中能夠?qū)崟r提供所測地質(zhì)的參數(shù)數(shù)據(jù)，為地質(zhì)勘查測量節(jié)省大量的人力、物力、財力，而且大大提高了測量效率，并逐步被眾多測量單位認(rèn)可，并且這項(xiàng)技術(shù)正在向交通、城市建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)展，擁有廣闊的發(fā)展前景。

2.3 GPS-RTK技術(shù)的工作原理

GPS-RTK實(shí)時動態(tài)定位系統(tǒng)主要由基站和流動站兩部分組成，在實(shí)際測量中需要這兩部分同時工作并相互傳輸數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)地質(zhì)的實(shí)時動態(tài)測量。GPS-RTK技術(shù)是一種典型的相對測地定位技術(shù)，主要是以載波相位觀測值作為主要依據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時差分來完成定位測量工作。

2.4 GPS-RTK技術(shù)的測量誤差

任何一種測量技術(shù)都存在一定的測量誤差，GPS-RTK技術(shù)的測量誤差主要來源于GPS定位系統(tǒng)的定位誤差和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理過程中產(chǎn)生的誤差。

首先，GPS系統(tǒng)的定位誤差：在整個GPS-RTK技術(shù)測量使用過程中需要用到多臺接收機(jī)，這些接收機(jī)都存在著一定的固有誤差和偶然誤差，比如衛(wèi)星鐘誤差、對流層誤差、傳輸延時誤差等等，每一個細(xì)節(jié)對數(shù)據(jù)接受或處理的不當(dāng)，都會引起最終結(jié)果的巨大偏差。其次，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理過程中產(chǎn)生的誤差：衛(wèi)星和接收機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是不直接的，需要通過多臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理工作，才能得到地質(zhì)勘查測量的直接數(shù)據(jù)資源，在此過程中存在一定的偶然誤差和計(jì)算機(jī)內(nèi)部固有的誤差，這些誤差對最后的測量數(shù)據(jù)都有一定的影響。

3 GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量工作中的應(yīng)用

地質(zhì)勘查是地質(zhì)工作中的一個重要組成部分，它的主要目的在于為地質(zhì)設(shè)計(jì)研究院的地質(zhì)設(shè)計(jì)和研究工作提供準(zhǔn)確、完備的測量數(shù)據(jù)，為施工單位定位工程施工點(diǎn)，為地質(zhì)設(shè)計(jì)相關(guān)工作提供有關(guān)資料等等。地質(zhì)勘查工程測量工作主要包括控制測量、地形測量、工程點(diǎn)布設(shè)、勘測線剖面測量等多個方面的工作，并且這些測量工作GPS-RTK都可以直接完成，下面就GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用，對這些測量技術(shù)作簡要分析：

3.1地質(zhì)勘測的控制測量

傳統(tǒng)的控制測量技術(shù)，與GPS-RTK技術(shù)相比，無論是在技術(shù)測量精度方面，還是技術(shù)成本投入方面都不占優(yōu)勢，并且在實(shí)際測量過程中，要求控制點(diǎn)之間的相互通視，缺乏先進(jìn)的地質(zhì)勘查測量技術(shù)，對一些復(fù)雜的地質(zhì)進(jìn)行勘測時比較困難。但是，自從GPS-RTK技術(shù)引進(jìn)后，相對定位測量無需控制點(diǎn)之間的通視，就能夠?qū)崿F(xiàn)對各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時精確測量，而且可以計(jì)算出測量數(shù)據(jù)結(jié)果的精度誤差，對于誤差較大的可以重新進(jìn)行測量，確保最終結(jié)果的高精度性。

3.2地形測量

地形測量一般是根據(jù)控制點(diǎn)位置，然后根據(jù)控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)上用特定的測圖方法繪制出相應(yīng)的地形圖，供以后的工作使用。傳統(tǒng)的地形測量方式往往是通過工作人員進(jìn)入實(shí)際地形區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘測，這種方式不僅會耗費(fèi)大量的人力物力，而且還會受到天氣因素和地形因素的影響，氣候條件惡劣、地形條件復(fù)雜的情況下，工作人員很難進(jìn)入計(jì)劃區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測量，存在一定的局限性。

3.3工程點(diǎn)布設(shè)

工程測量工作一直是地質(zhì)勘查測量工作中一大難題，對于工程點(diǎn)的選擇和布設(shè)更是需要較高的技術(shù)要求。我國地質(zhì)面貌比較復(fù)雜，而且測量的困難往往集中在山區(qū)、高地、森林等地形極為復(fù)雜的地方，這些地方國家控制點(diǎn)相對稀疏，氣候條件較差，缺乏詳細(xì)的地質(zhì)資料，都給工程測量工作造成了很大的困難。近些年來，在工程點(diǎn)布設(shè)過程中應(yīng)用了GPS-RTK技術(shù)，不僅對野外測量工作的效率大大提升，而且大大提高了國家控制點(diǎn)的密度，提升了作業(yè)效率，節(jié)省了大量人力物力資源。

3.4勘測線剖面測量

在進(jìn)行地質(zhì)勘查測量工作過程中，往往要采用地質(zhì)鉆孔的方式對地質(zhì)資源進(jìn)行采樣勘測，這就需要對勘測線剖面進(jìn)行測量，從而為工程點(diǎn)布設(shè)、勘測設(shè)計(jì)提供最基本準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。通過對勘測線剖面的測量，形成相應(yīng)的勘測報告，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對勘測線剖面的綜合評估，檢測勘測線剖面是否符合相關(guān)的規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求，確保地質(zhì)勘查工作的順利開展。傳統(tǒng)的勘測線剖面測量方式是通過大量人工對剖面進(jìn)行實(shí)地勘測，通過實(shí)地測量將測點(diǎn)、控點(diǎn)確定下來；而現(xiàn)如今GPS-RTK技術(shù)的引入，則一人就可以完成勘測線剖面測量工作，大大減少了工作人數(shù)，提高了工作效率，而且在精度方面，GPS-RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)短時間內(nèi)多次測量，計(jì)算機(jī)可以自動對精度進(jìn)行提高。

4 GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量過程中的一般流程

4.1前期準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行實(shí)際GPS-RTK地質(zhì)測量工作前，需要相關(guān)工作人員對所測地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行事先“踩點(diǎn)”，即對所需測量區(qū)域進(jìn)行實(shí)地考察，對所測地域環(huán)境、地質(zhì)條件特點(diǎn)有一個大致的了解，并對測量區(qū)域內(nèi)實(shí)行相關(guān)資料的收集，結(jié)合這些數(shù)據(jù)對控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算，最后完成本次測量區(qū)域的工程點(diǎn)布設(shè)工作。事先準(zhǔn)備工作非常重要，對收集的資料和數(shù)據(jù)一定要進(jìn)行細(xì)心計(jì)算處理，并且根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，對GPS-RTK基站和流動站的相關(guān)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，因此，數(shù)據(jù)處理的不得當(dāng)很有可能會導(dǎo)致整個地質(zhì)勘查測量工作的癱瘓；其次需要相關(guān)工作人員對控制點(diǎn)坐標(biāo)輸入到GPS-RTK系統(tǒng)中，便于對本區(qū)域的地質(zhì)測量工作。

4.2對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算

控制點(diǎn)所測量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行合理的選擇和篩選，并經(jīng)過相關(guān)的計(jì)算處理，才能轉(zhuǎn)換成地質(zhì)勘查測量的參數(shù)，供地質(zhì)設(shè)計(jì)所用。在數(shù)據(jù)處理的過程中應(yīng)該注意：測量區(qū)域周邊的控制點(diǎn)要均勻，而且要根據(jù)實(shí)際的地形特點(diǎn)進(jìn)行合理的分布，避免因外界因素的變化影響數(shù)據(jù)的測量；在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，要盡量多選擇幾個控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并利用GPS-RTK技術(shù)軟件進(jìn)行多次計(jì)算，以便提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度；實(shí)際測量的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的參數(shù)如果與預(yù)期結(jié)果相差偏大時，可以將控制點(diǎn)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的檢查，對偏離較大的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行舍棄，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)可能是由于某些不相關(guān)的因素而導(dǎo)致測量結(jié)果偏差較大，影響最終測量結(jié)果。

4.3 GPS-RTK技術(shù)測量

目前，市面上最先進(jìn)的GPS-RTK技術(shù)設(shè)備具有最快最先進(jìn)的衛(wèi)星跟蹤功能，擁有最低的跟蹤角度，可以實(shí)現(xiàn)高精度檢測，而且具有較好的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，可以實(shí)現(xiàn)快速精確的計(jì)算，而且可以將計(jì)算出的參數(shù)以最快的速度傳輸?shù)街贫ǖ攸c(diǎn)，計(jì)算出的測量參數(shù)也具有高可靠性。在運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)設(shè)備對地質(zhì)勘查測量數(shù)據(jù)的過程中，需要將這些數(shù)據(jù)及時輸入到設(shè)備內(nèi)部，并且以較快的速度畫出草圖，然后再根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)備讀取的存儲數(shù)據(jù)，完成最終高精度的標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)勘查測量數(shù)據(jù)圖。

5 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）工作效率高。GPS-RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)短距離、高頻率設(shè)站，可以對整個區(qū)域的地質(zhì)資源進(jìn)行全方位覆蓋，在實(shí)際測量過程中，只需在每個放樣點(diǎn)出停留1至2秒鐘，就可以完成測量作用，大大減少了傳統(tǒng)人工測量，并且計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的自動計(jì)算分析，快速輸出最終測量數(shù)據(jù)結(jié)果，大大提升了測量工作效率。

（2）定位精度高。近些年來，GPS-RTK一直在進(jìn)行著技術(shù)的突破，已經(jīng)將GPS-RTK的平面精度和高程精度研制到了厘米量級，而且計(jì)算機(jī)在對勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中不存在誤差的積累，大大提高了測量數(shù)據(jù)的精度。

（3）GPS-RTK技術(shù)不受天氣因素影響。GPS-RTK技術(shù)設(shè)備不要求兩控制點(diǎn)間滿足通視，只需要滿足電磁波通視的要求，就可以進(jìn)行實(shí)時測量，因此GPS-RTK設(shè)備不受天氣因素的影響，幾乎可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，大大方便了測量工作的開展，提高了工作效率。

（4）GPS-RTK集成化程度高，可以實(shí)現(xiàn)多種地質(zhì)勘查測量作用，基站和流動站的選址具有任意性，可以根據(jù)具體作業(yè)條件特點(diǎn)進(jìn)行選取，并且一切測量數(shù)據(jù)都是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算分析，大大減少了人為誤差，保證了測量參數(shù)的精度。

5.2 GPS-RTK技術(shù)的缺點(diǎn)

（1）我們知道GPS-RTK技術(shù)是基于GPS技術(shù)發(fā)展起來的，所以GPS-RTK技術(shù)必將受限于衛(wèi)星狀況。隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷提升、地質(zhì)勘查測量工作要求的提高，當(dāng)前的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和型號信號強(qiáng)度質(zhì)量已經(jīng)滿足不了當(dāng)前的需要，而且GPS系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)還存在著一定視覺盲區(qū)，這就意味著GPS-RTK技術(shù)設(shè)備無法對這些區(qū)域進(jìn)行勘測。因此，GPS-RTK技術(shù)要想發(fā)展，就需要GPS技術(shù)的不斷革新，加大在全球范圍內(nèi)的覆蓋面積，避免因GPS技術(shù)受限而影響GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展。

（2）受通視環(huán)境的影響。在山區(qū)、高地、森林等一些地質(zhì)條件較差的區(qū)域作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號傳輸被阻擋的幾率較大，可能會影響信號強(qiáng)度，影響相關(guān)數(shù)據(jù)的接受，從而導(dǎo)致地質(zhì)勘查測量工作的癱瘓。

（3）受電離層的影響。利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行作業(yè)時，有可能會受到電離層的干擾，導(dǎo)致可使用的衛(wèi)星數(shù)量減少，收集的數(shù)據(jù)也就相應(yīng)減少，尤其是在白天，受電離層的影響幾率較大，影響數(shù)據(jù)收集，無法確保地質(zhì)勘查測量工作的正常進(jìn)行。

6總結(jié)

GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量工作中的引入，使得我國地質(zhì)勘查工作得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，給我國地質(zhì)勘查測量工作帶來了巨大改變，它降低了地質(zhì)勘查測量的時間，節(jié)省了勘查過程中的人力物力，而且大大提高了工作效率和測量結(jié)果的精確度。目前GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用已經(jīng)引起了許多其他領(lǐng)域工作者的廣泛關(guān)注，而且隨著社會科學(xué)技術(shù)的不斷改進(jìn)，GPS-RTK技術(shù)必將會滲透到越來越多的領(lǐng)域被人們所用，再加之一些其他先進(jìn)技術(shù)的參與，會有很大的發(fā)展空間。

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