水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK的運(yùn)用研究

高 銳

(山西省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 侯馬 043000)

水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK的運(yùn)用研究

高 銳

(山西省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 侯馬 043000)

對(duì)GPS技術(shù)、RTK技術(shù)予以了分析，并對(duì)GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用價(jià)值及工作原理進(jìn)行了探討，詳細(xì)闡述了水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK技術(shù)的具體運(yùn)用，并提出了今后水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK要注意的問(wèn)題。

水工環(huán)地質(zhì)，GPS RTK技術(shù)，運(yùn)用

GPS RTK技術(shù)作為差分GPS定位系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量的特點(diǎn)，以載波相位為基準(zhǔn)，落實(shí)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)測(cè)量的目的。RTK系統(tǒng)將差分法作為測(cè)量依據(jù)，不僅可降低測(cè)量誤差，還可避免GPS技術(shù)、RTK技術(shù)間誤差矛盾，即前者為衛(wèi)星測(cè)量差，后者為機(jī)鐘差，而技術(shù)間融合的方式，可避免測(cè)量誤差，并將測(cè)量精度控制在厘米級(jí)。

1 對(duì)GPS RTK技術(shù)的分析

1)GPS技術(shù)。GPS(全球定位系統(tǒng)，Global Positioning System)技術(shù)作為動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，可依據(jù)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的輔助，對(duì)載波相位數(shù)據(jù)予以全面收集，可有效保證地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其中GPS技術(shù)將衛(wèi)星、地面間距實(shí)施定位，借助地面基站，對(duì)高性能、高水平GPS接收器進(jìn)行布設(shè)，并選擇實(shí)時(shí)觀測(cè)的方式，努力做好信號(hào)傳輸、轉(zhuǎn)換工作。此環(huán)節(jié)的進(jìn)行，地面GPS接收器可將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線信號(hào)，并通過(guò)基站基線向量的精準(zhǔn)核算，確定待測(cè)對(duì)象坐標(biāo)點(diǎn)。

現(xiàn)階段，由于國(guó)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害研討、環(huán)境保護(hù)等工作的深入施行，在某種程度上拓展GPS技術(shù)應(yīng)用空間，促使其在地質(zhì)采礦、水工環(huán)地質(zhì)勘探、城市規(guī)劃等領(lǐng)域占據(jù)首席地位。

2)RTK技術(shù)。RTK(Real-Time Kinematic)技術(shù)依據(jù)動(dòng)態(tài)差分原理，貫徹落實(shí)地質(zhì)測(cè)量和地質(zhì)定位工作的深刻內(nèi)涵。常規(guī)角度下，RTK技術(shù)將數(shù)據(jù)誤差值控制在厘米范圍內(nèi)，即以基站、流動(dòng)站位置為導(dǎo)向，結(jié)合接收設(shè)備的輔助，對(duì)數(shù)據(jù)予以接收，并針對(duì)同源衛(wèi)星信號(hào)數(shù)據(jù)開(kāi)展對(duì)比分析工作。待差分改正后，方可以無(wú)線傳輸設(shè)備的融合，將數(shù)據(jù)傳輸至流動(dòng)站內(nèi)，多適用于環(huán)境污染和地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、調(diào)查等領(lǐng)域。此外，RTK技術(shù)還具有自動(dòng)化作業(yè)、數(shù)據(jù)可靠、安全系數(shù)高、作業(yè)效率高以及操作簡(jiǎn)易的特點(diǎn)。

2 GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用價(jià)值

1)工作原理。GPS RTK為實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，其工作原理如下：于基站處布設(shè)GPS接收機(jī)，以各衛(wèi)星觀測(cè)為依據(jù)；在連續(xù)觀測(cè)的前提下，利用衛(wèi)星將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至觀測(cè)站，而無(wú)線電設(shè)備作為信號(hào)傳輸?shù)闹饕浇?；GPS接收機(jī)通過(guò)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)換參數(shù)的實(shí)時(shí)且完整接收，借助GPS定位系統(tǒng)，科學(xué)預(yù)算基線向量，取得基站另一坐標(biāo)點(diǎn)，即WGS-84；結(jié)合WGS-84坐標(biāo)、地方坐標(biāo)間參數(shù)的融合，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)所需精度、系數(shù)的真實(shí)顯示。

2)應(yīng)用價(jià)值。首先，效率高。和傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)對(duì)比中，發(fā)現(xiàn)GPS RTK技術(shù)具有高強(qiáng)度測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。即在地質(zhì)環(huán)境勘察中，現(xiàn)代化RTK基站可對(duì)5 000 m半徑探測(cè)區(qū)予以測(cè)量，僅需1次測(cè)量結(jié)果方可明確地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，極大程度上降低測(cè)量設(shè)備、控制站安裝及布設(shè)量?？傊?，GPS RTK技術(shù)不僅可減少勘察人員工作量，還可縮減地質(zhì)調(diào)查周期，使其能夠在短期內(nèi)做好各項(xiàng)工作調(diào)查的意義和目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查效率高的優(yōu)勢(shì)。其次，定位精準(zhǔn)。GPS RTK技術(shù)是以載波相位為基準(zhǔn)，用于觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)且動(dòng)態(tài)定位的技術(shù)典型。即采用觀測(cè)站三維坐標(biāo)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)時(shí)定位分析的數(shù)據(jù)變化，將其精準(zhǔn)至厘米級(jí)。若要在實(shí)際地質(zhì)調(diào)查中，將GPS RTK技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全落實(shí)于實(shí)處，即可避免測(cè)量偏差，既是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)平面精度、高程精度的合理強(qiáng)化，又是避免數(shù)據(jù)誤差的核心途徑。再次，無(wú)間斷作業(yè)。相較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)而言，GPS RTK技術(shù)無(wú)需遵循“兩點(diǎn)光學(xué)通視”原則，僅可依據(jù)電磁波通視、對(duì)空通視原理及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，方可達(dá)到數(shù)據(jù)測(cè)量的目的。對(duì)此，水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中關(guān)于GPS RTK技術(shù)的運(yùn)用，可在外界因素?zé)o干擾的條件下，貫徹落實(shí)24 h無(wú)間斷作業(yè)的目的。最后，自動(dòng)化作業(yè)。針對(duì)水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作，GPS RTK技術(shù)可用于對(duì)多種環(huán)境下測(cè)繪作業(yè)工程，以人為誤差降低或控制的手段，提升數(shù)據(jù)測(cè)繪精準(zhǔn)度。此外，借助專業(yè)軟件運(yùn)行的測(cè)繪功能，以其多元化的優(yōu)勢(shì)做好自動(dòng)化測(cè)繪作業(yè)。

3 水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK技術(shù)的具體運(yùn)用

GPS系統(tǒng)以新興技術(shù)的層面，經(jīng)多年探索與更新的角度，取得顯著進(jìn)步，并在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域中起到?jīng)Q定性作用，如在環(huán)境污染、碳?xì)湮廴疚锏瓤碧筋I(lǐng)域中對(duì)GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用。

1)環(huán)境污染。據(jù)權(quán)威部門調(diào)查結(jié)果證明，于地質(zhì)環(huán)境污染中GPS RTK技術(shù)的選擇，能夠在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)上，及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至管理部門，便于工程人員數(shù)據(jù)分析與研究工作的進(jìn)行，以期在短期內(nèi)尋找地質(zhì)環(huán)境污染制因，并制定解決對(duì)策。而若要做好該項(xiàng)工作，筆者建議應(yīng)從以下事項(xiàng)出發(fā)：結(jié)合集裝箱的使用，開(kāi)展GPS RTK技術(shù)試驗(yàn)工作，其試驗(yàn)結(jié)果是對(duì)GPS RTK技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的真實(shí)反映；待試驗(yàn)表明相鄰區(qū)域無(wú)污染趨勢(shì)時(shí)，倘若需對(duì)潛水面進(jìn)行探測(cè)，則可通過(guò)GPS RTK技術(shù)觀察懸浮于潛水面污染顆粒物；若污染物呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，則難以對(duì)潛水面實(shí)施探測(cè)，但卻可獲取準(zhǔn)確性水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)。

例如：A硝化纖維廠，地處石灰?guī)r區(qū)域。由于污水泄露發(fā)生地質(zhì)環(huán)境污染問(wèn)題，即硝化纖維為主要污染源。為實(shí)現(xiàn)潛水面、地表水、巖溶等結(jié)構(gòu)硝化纖維的測(cè)量工作，則于井下布設(shè)雷達(dá)鉆孔，即30 m鉆孔15個(gè)、50 m鉆孔6個(gè)，依據(jù)常規(guī)資料收集處理模式，以“HK疊加法”作為應(yīng)用基準(zhǔn)，繪制三維數(shù)據(jù)圖。通過(guò)該種方式的運(yùn)用，可以圖像重建為核心，將探測(cè)深度控制在10 m，隨后利用后續(xù)硝化纖維污染點(diǎn)的開(kāi)挖，對(duì)地質(zhì)環(huán)境污染問(wèn)題予以根本上解決，即表明GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，具有顯著探測(cè)效果。

2)碳?xì)湮廴疚?。GPS RTK在水工環(huán)地質(zhì)勘查中的應(yīng)用價(jià)值，是其余勘查技術(shù)所不具備的。在野外勘查中，GPS系統(tǒng)能夠以自身獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在短時(shí)間內(nèi)確保地質(zhì)勘探結(jié)果的精準(zhǔn)度。為證實(shí)該項(xiàng)觀點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外某學(xué)者開(kāi)展GPS RTK野外勘查實(shí)驗(yàn)，即選用4 m×0.4 m×0.5 m集裝箱開(kāi)展試驗(yàn)調(diào)查工作。為進(jìn)一步分析GPS RTK技術(shù)于碳?xì)湮廴疚锾綔y(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用效能，通過(guò)撂型雷達(dá)的使用，以水文參數(shù)、雷達(dá)響應(yīng)間對(duì)比處理的模式，完成試驗(yàn)。從而得出如下結(jié)論污染物處于飽和狀態(tài)時(shí)，GPS RTK技術(shù)難以對(duì)潛水面予以探測(cè)；相鄰區(qū)域點(diǎn)零污染條件下，GPS RTK技術(shù)在潛水面污染物探測(cè)中存在較高價(jià)值；試驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展，主要針對(duì)沙質(zhì)土壤進(jìn)行探測(cè)、驗(yàn)證工作。于多元化水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)毛細(xì)水頭、羽狀污染物等傳播速率進(jìn)行針對(duì)性把控，如在石油污染(如圖1所示)探測(cè)案例中，對(duì)GPS RTK技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用。

若要做好以GPS RTK技術(shù)為核心的石油污染探測(cè)工作，則應(yīng)做好三項(xiàng)流程步驟，即準(zhǔn)備、參數(shù)轉(zhuǎn)換、施測(cè)。其中準(zhǔn)備為：對(duì)石油污染勘測(cè)區(qū)平面資料、高程資料予以收集，以資料控制點(diǎn)的明確對(duì)測(cè)取內(nèi)控制點(diǎn)予以確定；完成基站、流動(dòng)站參數(shù)布設(shè)工作，并保證二者數(shù)據(jù)一致。參數(shù)轉(zhuǎn)換：以資料收集的指標(biāo)參數(shù)為基準(zhǔn)，做好坐標(biāo)系、高程點(diǎn)間公共點(diǎn)的篩選，并在參數(shù)轉(zhuǎn)中對(duì)測(cè)區(qū)分布態(tài)勢(shì)、控制點(diǎn)基數(shù)進(jìn)行均勻布設(shè)，以此能夠通過(guò)GPS軟件操作實(shí)現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換的目的。施測(cè)：本次實(shí)驗(yàn)采用徠卡1200型動(dòng)態(tài)GPS-RTK施測(cè)設(shè)備，其具有低高度角和快速跟蹤、更新快與抗干擾等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，并早動(dòng)態(tài)檢測(cè)中精準(zhǔn)度可達(dá)至±5 mm+1 ppm×D(D為基線長(zhǎng)度)，即在幾秒內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)RTK測(cè)量的目的，于15 000 m內(nèi)準(zhǔn)確度可高達(dá)99.9%。

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于科技水平的穩(wěn)步提升，多元化、現(xiàn)代化探測(cè)技術(shù)在各領(lǐng)域中得以全面運(yùn)用。以水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作為例，工作人員若要從根本上確保勘察水平與質(zhì)量，強(qiáng)化工作效率，則應(yīng)對(duì)先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備予以科學(xué)探究，以優(yōu)化創(chuàng)新的層面，為國(guó)內(nèi)水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作的施行創(chuàng)造條件，確保其穩(wěn)定發(fā)展的步調(diào)。此外，GPS RTK技術(shù)以效率高、定位精準(zhǔn)、無(wú)間斷作業(yè)以及自動(dòng)化作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境污染和碳?xì)湮廴疚?、區(qū)域水文地質(zhì)與安全檢查等領(lǐng)域得以運(yùn)用。

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ApplicationofGPSRTKingeologicalinvestigationofhydraulicring

GaoRui

(ShanxiSecondHydrogeologyandEngineeringGeologyTeam,Houma043000,China)

This paper first analyzes the GPS technology, RTK technology, RTK technology and the GPS application in hydrogeology survey and working principle are discussed, finally expounded the specific application of GPS RTK technology in hydrogeology survey, and puts forward the future hydrogeology survey in GPS RTK should pay attention to the problem.

hydraulic ring geology, GPS RTK technology, application

P624

A

1009-6825(2017)26-0198-03

2017-07-09

高 銳(1979- ),男,助理工程師