GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用分析

汪衛(wèi)星

摘要：社會(huì)在不斷地發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也十分迅猛，大批的先進(jìn)器材及設(shè)備被地質(zhì)勘查測繪廣泛應(yīng)用，極大程度地提高了地質(zhì)勘查的工作效率。特別是GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)代勘查的精度與效率都得到了明顯的提升。我國是世界領(lǐng)土面積第三大的國家，幅員遼闊，涵蓋了各式各樣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此地質(zhì)勘查測繪是一項(xiàng)十分重要的工作。本文針對(duì)GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，旨在為相關(guān)工作提高相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù)；地質(zhì)測繪；應(yīng)用

國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是日趨成熟的GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測繪中的應(yīng)用，使我國的地質(zhì)勘查工作取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。GPS-RTK技術(shù)是GPS技術(shù)的一個(gè)全新突破，其效率高、精度高，具有性能好、全天候等明顯的優(yōu)點(diǎn)，極大程度地彌補(bǔ)了常規(guī)測繪技術(shù)中時(shí)間、空間的限制，大大地提升了地質(zhì)勘查測繪的質(zhì)量與效率，對(duì)現(xiàn)代地質(zhì)勘察測繪領(lǐng)域的發(fā)展有著十分重要的意義。

1. GPS-RTK技術(shù)的工作流程分析

1.1 RTK系統(tǒng)的組成

RTK主要由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、數(shù)據(jù)鏈三大部分組成。

（1）基準(zhǔn)站：基準(zhǔn)站通常位于已知點(diǎn)，GPS接收機(jī)通過基架精確定位，接收機(jī)通過無線數(shù)據(jù)鏈路或GSM電話連續(xù)采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)發(fā)送到流動(dòng)站。（2）流動(dòng)站：流動(dòng)站GPS接收器位于測量桿的頂部，接收天線嚴(yán)格高于點(diǎn)位置，用戶界面主要是電子手冊(cè)。觀察者可以看到RTK系統(tǒng)的狀態(tài)，比如衛(wèi)星數(shù)、固定模糊度值、坐標(biāo)質(zhì)量等，其內(nèi)置的專業(yè)軟件可以解決、設(shè)置、觀察、放樣和保存參數(shù)以及存儲(chǔ)坐標(biāo)和其他設(shè)置。（3）數(shù)據(jù)鏈：數(shù)據(jù)鏈路包括天線、電纜、調(diào)制解調(diào)器、無線電、移動(dòng)通信等綜合設(shè)備，超高頻無線電信號(hào)傳輸可在一般10km范圍內(nèi)使用。成熟的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸距離。用戶可以通過移動(dòng)卡接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，特別適用于城市和山區(qū)等一些無線電信號(hào)容易被阻斷的復(fù)雜地區(qū)。詳細(xì)流程如圖1所示。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的工作流程

GPS-RTK技術(shù)在工作過程中需要完成三個(gè)步驟：一是采集環(huán)境信息及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；二是確定坐標(biāo)變換參數(shù)，GPSRTK技術(shù)采用的是WGS84坐標(biāo)系，一般在野外勘探中使用的測繪數(shù)據(jù)是北京80或西安54，因此不同方式采用的數(shù)據(jù)需要坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換，否則無法進(jìn)行相關(guān)的地圖疊加；三是設(shè)置接種點(diǎn)，為了計(jì)算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，這種站需要較好的地理位置，我們可以將它們放置在視野更好的精確位置，或者是交通便利、地勢高的地方。

2. GPS-RTK的優(yōu)勢

2.1綜合效率高

利用GPS-RTK技術(shù)，一個(gè)人可以在4km內(nèi)一次完成地質(zhì)勘查和測繪工作，可以在幾秒鐘內(nèi)計(jì)算出一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，大大提高了運(yùn)營效率，也在很大程度上降低了人力資源成本。

2.2計(jì)算精確度高

傳統(tǒng)測繪方法的實(shí)時(shí)性較差，一般來說，需要在后期進(jìn)行計(jì)算和處理，以提高精度。而利用GPS-RTK技術(shù)，可實(shí)時(shí)獲取厘米級(jí)精度數(shù)據(jù)，直接提升了數(shù)據(jù)的精確度與可靠性。

2.3對(duì)作業(yè)的環(huán)境要求低

RTK技術(shù)主要是利用電磁波，因此不需要光穿通視，只需要電磁波通視。傳統(tǒng)的測繪技術(shù)要求將光學(xué)綜合作為一種條件，對(duì)自然條件如氣候、視覺條件、氣象條件、地形等都有著很大的影響。

2.4功能完善并強(qiáng)大

RTK操作具有高度的集成度和自動(dòng)化程度，它可以實(shí)現(xiàn)各種測繪工作。由于采用了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以自動(dòng)完成測繪任務(wù)，與此同時(shí)還可以減少由于人工操作造成的誤差，大大提高了測繪工作的效率及質(zhì)量。

2.5可全天候待工

電磁波是RTK技術(shù)主要的信息傳輸及測量的媒介，一般來說，只要是被測區(qū)域有電磁波的存在，就可以利用RTK技術(shù)進(jìn)行測量。與傳統(tǒng)的光學(xué)透視測量方法相比，它受環(huán)境的影響較小。GPS-RTK技術(shù)就算在氣候條件不佳的情況下，比如能見度低、氣溫寒冷或者是季節(jié)變化快的情況下，都不會(huì)受到明顯的影響，均可以準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。

2.6實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)測量

GPS-RTK技術(shù)可以通過遙感系統(tǒng)長期監(jiān)測地質(zhì)資源，這樣可以更加方便、準(zhǔn)確地對(duì)地質(zhì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)查，相關(guān)人員也可以通過后臺(tái)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的觀察到資源的變化情況，及時(shí)地對(duì)資源進(jìn)行保護(hù)及管理。

2.7勘查操作簡單

GPS-RTK技術(shù)的操作相對(duì)來說是比較簡單的，相關(guān)人員在測繪的時(shí)候只需要簡單的設(shè)置相關(guān)的精度，就可以在測量的時(shí)候準(zhǔn)確的得到地區(qū)的地質(zhì)情況與坐標(biāo)。

3. GPS-RTK在地質(zhì)勘查測繪中的實(shí)際應(yīng)用

3.1建設(shè)基準(zhǔn)站

在GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用過程中，為了提高測量工作的精度，測量前首先要做的就是建設(shè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站的設(shè)置是否正確，將直接影響后續(xù)測量的精度。因此，在實(shí)際測繪工作中，應(yīng)注意基準(zhǔn)站的建設(shè)，在建立基準(zhǔn)站的過程中，工程師首先要選擇施工環(huán)境，工程師應(yīng)根據(jù)GPS發(fā)電設(shè)備的覆蓋范圍選擇基準(zhǔn)站的位置?；鶞?zhǔn)站一般要求建在視野開闊的開放環(huán)境中，以確保周圍環(huán)境不被包圍，還應(yīng)避免存在影響測量的建筑物或障礙物。

3.2剖面測量

在地質(zhì)測繪過程中，工程人員一般采用GPS控制測點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換和驗(yàn)證點(diǎn)，采用RTK技術(shù)進(jìn)行剖面地形數(shù)據(jù)的測量和采集。對(duì)于剖面測量，工程師首先利用GPS技術(shù)確定剖面的坐標(biāo)，然后將剖面兩端的坐標(biāo)輸入RTK測量系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對(duì)測點(diǎn)與剖面點(diǎn)之間的距離進(jìn)行測量，得到測點(diǎn)與勘探線之間的距離。

3.3物化探測量

在測量工程中，物化探測是指在測量區(qū)域內(nèi)沿直線等距或成比例地設(shè)置地球物理地球化學(xué)探測點(diǎn)和采樣點(diǎn)，并安排物化探測網(wǎng)、測量網(wǎng)等進(jìn)行測量。GPS-RTK技術(shù)可以更加方便地實(shí)現(xiàn)物化探測網(wǎng)，在測量過程中，工程師首先將基線輸入測量設(shè)備中，然后通過線放樣的方法實(shí)現(xiàn)測量點(diǎn)的布設(shè)和數(shù)據(jù)檢測。

3.4地形測量

GPS-RTK技術(shù)也可用于某一地區(qū)的地形測量，對(duì)于傳統(tǒng)的測繪工作來說，大比例尺地形測量是一項(xiàng)非常困難的工程。地形的高度和坡度都將影響測量的精度，同時(shí)，人工測量方法也會(huì)直接降低工程效率，增加測量成本。在GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用中，只要滿足無線電信號(hào)傳輸?shù)囊?，就可以?duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和采集。當(dāng)測區(qū)起伏或坡度變化對(duì)測量精度影響較大時(shí)，工程師便可以把其他測量儀與GPSRTK結(jié)合起來，科學(xué)有效的提升測量的精確度。

3.5放樣工作

在利用GPS-RTK對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘查測繪的時(shí)候，工作人員應(yīng)該做好測繪前的準(zhǔn)備工作，首先要對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行一定的布控，把測繪需要用到的鉆探物以及物探的工具準(zhǔn)備好，在準(zhǔn)備好上述工具以后則可以開始相應(yīng)的測繪工作，此過程不受光學(xué)的影響。

4.影響GPS-RTK技術(shù)測量的因素及質(zhì)量控制措施

4.1影響GPS-RTK技術(shù)測量的因素

一般來說，影響地質(zhì)勘查結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重誤差的首要因素是人為的操作不當(dāng)或者是人為的技術(shù)問題，因此，GPS-RTK技術(shù)對(duì)人員的要求是十分嚴(yán)格的，尤其是對(duì)核心的測繪人員來說，更應(yīng)該避免誤差的現(xiàn)象出現(xiàn)；此外，GPS-RTK技術(shù)還會(huì)受到基準(zhǔn)站的影響，如果建立的基準(zhǔn)站沒有很好的遠(yuǎn)離磁場的干擾或者是沒有遠(yuǎn)離可反射電磁波的物體或者是遮擋物，其結(jié)果也是會(huì)受到影響。只有當(dāng)移動(dòng)站內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站內(nèi)的數(shù)據(jù)保持一致的時(shí)候，兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果才能是準(zhǔn)確的，才可以保證基本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。

4.2 GPS-RTK技術(shù)測量質(zhì)量控制相關(guān)措施

在實(shí)際的測繪工作中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，因此，我們需要在實(shí)際測量的時(shí)候，減少測點(diǎn)之間的距離，這樣才能保障測量過程高質(zhì)量地完成。詳細(xì)的措施我們可以通過以下幾點(diǎn)進(jìn)行處理：（1）觀察收斂數(shù)值。在當(dāng)前的測量過程中，大多數(shù)GPS-RTK設(shè)備采用otf測量方法計(jì)算測量模糊度，這樣可以有效地縮短測量數(shù)據(jù)的計(jì)算時(shí)間；（2）重復(fù)觀測，提高觀測精度。在一些地勘區(qū)，由于測量干擾源的影響，RTK測量質(zhì)量較低，過多的干擾會(huì)使測量質(zhì)量難以保證。因此，在采集測量數(shù)據(jù)的過程中，工程師可以反復(fù)測量受干擾區(qū)域，檢查觀測數(shù)據(jù)的正確性，避免和減少干擾引起的誤差。

5. GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測繪中的實(shí)際案例應(yīng)用分析

5.1工程概況

安徽省寧國市竹溪嶺礦區(qū)位于寧國市南東120°方向約30km，地理坐標(biāo)119°1200"～119°1500"，30°2945"～ 30°3200"，屬1∶5萬寧國墩幅（H50E010021）和河瀝溪幅（H50E009021），行政區(qū)屬寧國市中溪鎮(zhèn)管轄，區(qū)內(nèi)交通便捷，用電、用水能滿足未來礦山建設(shè)需要。安徽省寧國市竹溪嶺鎢銀金屬礦普查項(xiàng)目系2007年省地勘基金項(xiàng)目，經(jīng)2010年、2012年、2013年3次續(xù)作，于2013年11月完成設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作。受安徽省地礦局332地質(zhì)隊(duì)委托，黃山市地質(zhì)測繪院承擔(dān)了該項(xiàng)目的前期測量任務(wù)。

此次測量任務(wù)的主要內(nèi)容為：1.靜態(tài)GPS基礎(chǔ)控制測量；2.礦區(qū)范圍內(nèi)1∶5000地形圖修測、補(bǔ)測；3.地形剖面測量；4.槽探工程、鉆孔放樣定位測量。

5.2工程作業(yè)依據(jù)

作業(yè)執(zhí)行《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》（GB/T18341-2001）和《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》（CH/T2009-2010），以下簡稱《規(guī)范》和《RTK規(guī)范》。

5.3工程設(shè)計(jì)原則

考慮到測區(qū)范圍內(nèi)已有控制資料缺失，我院針對(duì)礦山測量工作實(shí)際，布設(shè)E級(jí)GPS控制網(wǎng)作為礦區(qū)的首級(jí)控制。同時(shí)鑒于對(duì)該項(xiàng)目測量工作的要求，在已有控制資料的基礎(chǔ)上，直接做“RTK”控制測量，以滿足補(bǔ)測、修測及斷面測量的需求。本次測繪坐標(biāo)系采用1980年西安坐標(biāo)系。考慮變形因素，中央子午線應(yīng)采用120°，Y值常數(shù)加500km。顧及今后用圖的一致性，高程系統(tǒng)采用1985年國家高程基準(zhǔn)系。

5.4地形測量

（1）測量范圍：圈定探礦權(quán)范圍紅線內(nèi)（可向外圍延伸測量200m范圍）。（2）地形圖測圖比例1∶5000；考慮到測區(qū)內(nèi)地形起伏較大，基本等高距定為5.0m；高程注記至分米。（3）成圖方法：以全站儀配合掌上電腦全野外數(shù)字化成圖。數(shù)據(jù)文件格式為“dwg”。（4）測圖前應(yīng)認(rèn)真校核輸入的已知數(shù)據(jù)，設(shè)站時(shí)均須對(duì)鄰近控制點(diǎn)進(jìn)行檢校，確定無誤后方可測圖。（5）全站儀的施測距離最大不超過300m。轉(zhuǎn)站測量采用正、倒鏡，往、返觀測，轉(zhuǎn)站次數(shù)不超過2次。各轉(zhuǎn)站之間應(yīng)有2個(gè)～3個(gè)重合點(diǎn)，重合點(diǎn)較差應(yīng)≤±0.2m；在限差以內(nèi)成圖時(shí)取中數(shù)，否則應(yīng)檢查測站高程，所有重合檢查點(diǎn)應(yīng)保留記錄。（6）地形點(diǎn)采集密度以能準(zhǔn)確勾繪表達(dá)地形特征為原則。（7）村莊、房屋、建筑可綜合；堤坡、護(hù)岸以及陡坎類地貌地物，應(yīng)按其起訖位置及加固類型，使用規(guī)定符號(hào)表示；電力及通信線路應(yīng)準(zhǔn)確區(qū)分其級(jí)別及連線關(guān)系。

5.5基本控制測量

布設(shè)E級(jí)GPS控制網(wǎng)作為礦區(qū)的首級(jí)控制，高程采用平面擬合的高程；本測區(qū)平面采用1980西安坐標(biāo)系，高程為 1985國家高程基準(zhǔn)，等高距為5m，中央子午線為120°。

布網(wǎng)形式以三角網(wǎng)形式向前推進(jìn)，以茅屋、竹溪嶺2個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)作為起算點(diǎn)，GPS網(wǎng)觀測采用6臺(tái)中海達(dá)HD8200E，觀測時(shí)段大于60min。

GPS網(wǎng)基線處理和網(wǎng)平差采用HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包，根據(jù)平差計(jì)算成果，該網(wǎng)點(diǎn)位中誤差最大為±0.77cm，最小為±0.45cm，最弱邊相對(duì)中誤差為1∶158783。

5.6鉆孔定測

鉆孔定測采用RTK進(jìn)行，共定測5個(gè)鉆孔，平面位置以封孔標(biāo)志中心為準(zhǔn)，高度以水泥面為準(zhǔn)，接收的衛(wèi)星數(shù)≥6顆，衛(wèi)星高度角15°，PDOP值≤4，一次觀測平滑次數(shù)為10次，觀測2次取平均值，解類型為RTK固定解，由數(shù)據(jù)采集器直接記錄于儀器內(nèi)存里。

5.7測量其他數(shù)據(jù)

除了控制點(diǎn)的選擇，我們還需要完成其他數(shù)據(jù)的測量，這主要包括地址點(diǎn)和溝深端點(diǎn)的測量，通常由相關(guān)地勘測繪人員隨機(jī)選取測量，以保證數(shù)據(jù)的隨機(jī)性。

5.8檢測作業(yè)精度

在地勘填圖過程中，要保證探測工作的準(zhǔn)確性，主要通過以下途徑來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。首先，我們可以多次測量坐標(biāo)的位置；其次，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以檢測操作的準(zhǔn)確性。

6.結(jié)語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展為地質(zhì)勘查測繪領(lǐng)域提供了極大的方便，在地質(zhì)勘查測繪中應(yīng)用GPS-RTK不僅可以有效地提升整個(gè)地質(zhì)測繪工作的整體效率，還可以科學(xué)地減少測繪工作整體的難度與復(fù)雜程度，保障整個(gè)勘查數(shù)據(jù)的精確性。相關(guān)人員在GPS-RTK系統(tǒng)未來的發(fā)展中，應(yīng)緊密結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來保障數(shù)據(jù)計(jì)算的精確度，為我國的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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