地質(zhì)測繪工程中測繪新技術(shù)的運(yùn)用

周志成

（河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050000）

各種測繪新技術(shù)的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)測繪方式，不僅提高了工作效率，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的目的。隨著衛(wèi)星遙感、GPS等為代表的空間測量技術(shù)日益成熟，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、信息科學(xué)為基礎(chǔ)的各種新測繪手段也為測繪行業(yè)提供了關(guān)鍵的支持保障，讓測繪技術(shù)經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展趨勢。

1 測繪新技術(shù)的主要特征

工程測繪對于技術(shù)的要求比較高，尤其是測繪技術(shù)中的精確性要求。因?yàn)闇y繪工程本身會(huì)受到多種因素的影響，測量過程相對復(fù)雜，本身增加了測量的難度。測繪技術(shù)的成熟讓計(jì)算機(jī)信息化建設(shè)水平不斷提高，很大程度上為技術(shù)發(fā)展提供了保障性條件。

1.1 自動(dòng)化

自動(dòng)化水平高是現(xiàn)代測繪技術(shù)的主要特點(diǎn)。因?yàn)楝F(xiàn)代測繪技術(shù)大多是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展形成，借助精密的計(jì)算機(jī)軟件對問題進(jìn)行研究和分析，也能實(shí)現(xiàn)繪圖、管理工作的智能化。所以在工作效率提高的同時(shí)，從根源上降低了不同類型錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能性。

1.2 高精確度

現(xiàn)代意義上的搜索技術(shù)融合了數(shù)字技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢，不僅有效降低了誤差，同時(shí)讓繪圖能力得到顯著提高。例如新技術(shù)進(jìn)行繪圖的過程中誤差可以控制在毫米范圍，這是傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法達(dá)到的高度。因此在整個(gè)地質(zhì)測繪工程當(dāng)中，并不會(huì)出現(xiàn)因方向性誤差導(dǎo)致的精密度問題，真實(shí)反映測繪點(diǎn)的實(shí)際情況，增加繪圖的內(nèi)容質(zhì)量。

1.3 數(shù)字化

數(shù)字化圖形編輯技術(shù)能夠確保圖形的準(zhǔn)確程度，合理反映圖形比例的信息。無論比例尺的情況如何，測量地質(zhì)情況的精準(zhǔn)程度都不會(huì)受到影響，同時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際情況的變更做出合理調(diào)整，充分保障圖紙的使用效率。

2 測繪新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 數(shù)字化圖像技術(shù)

數(shù)字化圖像技術(shù)中會(huì)利用全站儀等設(shè)備進(jìn)行角度和距離測量，同時(shí)將對應(yīng)地點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。例如全站儀通過一次觀測就可以獲取多種類型信息，并具有較強(qiáng)大的計(jì)算功能，自動(dòng)化的記錄和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，大幅降低測量難度。例如三維激光掃描技術(shù)就是繼GPS技術(shù)后的又一項(xiàng)突破，以高速的編碼激光數(shù)進(jìn)行距離測量，通過棱鏡系統(tǒng)計(jì)算三維空間坐標(biāo)信息?？傮w來看可以以點(diǎn)云刻畫物體的表面形態(tài)，在點(diǎn)名數(shù)據(jù)采集過程中無需對物體進(jìn)行表面處理，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)測量，讓精細(xì)化測量的作用進(jìn)一步體現(xiàn)。此類技術(shù)的出現(xiàn)改變了物體三維測量的方式，降低了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。獲取三維空間數(shù)據(jù)手段類型，包括單點(diǎn)采集，攝影采集和三維激光掃描采集，不同的方法在原理操作上存在差異。單點(diǎn)采集坐標(biāo)方式主要通過GPS定位或三維坐標(biāo)測量機(jī)來實(shí)現(xiàn)。三維激光掃描技術(shù)相比于傳統(tǒng)技術(shù)，以高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)刻畫出物體的三維空間形態(tài)，同時(shí)附有彩色信息、灰度信息，這些信息通過數(shù)字化存儲(chǔ)可轉(zhuǎn)化為不同類型的數(shù)據(jù)方式。這里所說的點(diǎn)名是高密度的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即被測物體的表面三維離散點(diǎn)，這些離散點(diǎn)雖具有隨機(jī)性的特征，但具有一定的分布規(guī)律。如果將這些離散的點(diǎn)進(jìn)行連接，形成連續(xù)面，用這些面就可以表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的物體特征，以模型化概念描述被測信息。

我們以巖體監(jiān)測工作為例，某些巖體在出現(xiàn)失穩(wěn)破壞時(shí)往往呈現(xiàn)出突發(fā)性的特點(diǎn)，且失穩(wěn)之前沒有明顯的征兆。巖體較為分散，無明顯規(guī)律性，每個(gè)巖體都具有自身的變形特征。此時(shí)采取傳統(tǒng)的定點(diǎn)監(jiān)測方法難度較大，無法確定監(jiān)測設(shè)備應(yīng)安裝在巖體的哪個(gè)區(qū)域。但借助三維空間影像技術(shù)，可以直接對巖體展開檢測，且不需要事先判定具體監(jiān)測位置。只需要利用高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析后，從點(diǎn)云數(shù)據(jù)的疊加對比結(jié)果中尋找出某些變形幅度較大的部位，就可以定位潛在的失穩(wěn)區(qū)域，快速地采取安全管理措施。這樣一來，在監(jiān)測期間內(nèi)就可以了解巖體失穩(wěn)的產(chǎn)生頻率與發(fā)生趨勢，以此為基礎(chǔ)提供重要的研究數(shù)據(jù)。而對于某些隧道測量、地面測量工作來說，如果斷面獲取不靈活，也可以利用三維空間影像測量技術(shù)獲取完整點(diǎn)云模型，以便于展開潛在的災(zāi)害分析工作。

2.2 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK測繪

RTK指的是固定基站網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)定位模式，即不間斷工作的衛(wèi)星定位信號系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)測繪方式的缺陷，逐漸成為現(xiàn)代測繪工程中的主要技術(shù)手段。通過信號遞送網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)衛(wèi)星定位站，不同部分之間將信號處理鏈接給有機(jī)整體形成專用網(wǎng)絡(luò)，也是后續(xù)衛(wèi)星定位技術(shù)升級的發(fā)展方向。通過長期不間斷運(yùn)行的固定定位基站形成網(wǎng)絡(luò)，按照地質(zhì)地形特征選定處理站后單機(jī)站測量數(shù)據(jù)和多機(jī)站觀測數(shù)據(jù)信息可以被進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，然后建立校改模型。用戶借助廣域差分可以修正GPS的誤差來提升定位精度。從實(shí)時(shí)定位的精確度來看，相位差分定位精度會(huì)比較高，同時(shí)保持了RTK的應(yīng)用性能。

從系統(tǒng)構(gòu)成特征來看，將數(shù)據(jù)處理站作為連接點(diǎn)，可以建立不間斷運(yùn)行的GPS定位點(diǎn)，處理站和定位點(diǎn)之間建立數(shù)據(jù)傳輸通道后，便可以借助專業(yè)軟件分析數(shù)據(jù)間的差異了解誤差發(fā)生情況，獲取動(dòng)態(tài)信息模型。

其中核心部分是數(shù)據(jù)處理中心的各項(xiàng)管理工作，它主要圍繞處理器、傳輸鏈路與軟件達(dá)成數(shù)據(jù)的傳輸接收和發(fā)送功能。有效的通信線路是系統(tǒng)中的核心部分，站點(diǎn)計(jì)算得到坐標(biāo)信息后能夠通過處理站修正數(shù)據(jù)獲取最精確的數(shù)據(jù)值。定位信號計(jì)算處理的根本目的在于獲取對應(yīng)觀測時(shí)間刻度的空間三維坐標(biāo)，信號控制通過處理站的算法來實(shí)現(xiàn)。對已有資料展開分析后也能確定標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)依據(jù)，從技術(shù)指標(biāo)中獲取成圖要求等信息。

2.3 MAC主副站技術(shù)

主副站技術(shù)會(huì)選擇某一個(gè)基準(zhǔn)站作為主站，然后將所有的主站坐標(biāo)信息傳輸給流動(dòng)站。網(wǎng)絡(luò)中存在的其它基準(zhǔn)站信息并沒有發(fā)生明顯變化，只是在坐標(biāo)差信息方面進(jìn)行了一些調(diào)整，因此傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大幅減少，技術(shù)服務(wù)半徑較大。

2.4 CORS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

CORS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指的是在一定區(qū)域內(nèi)設(shè)置多臺(tái)連續(xù)運(yùn)行的基站，每個(gè)基站都作為一個(gè)單獨(dú)的基站系統(tǒng)，自動(dòng)控制軟件可以計(jì)算流動(dòng)站和基站之間的距離，選擇最近的CORS基站作為差分作業(yè)參考站。但考慮到該系統(tǒng)基本上以獨(dú)立運(yùn)行為主，很多地質(zhì)測繪工程中需要根據(jù)實(shí)際情況選擇CORS系統(tǒng)運(yùn)行的方法。

2.5 VRS技術(shù)

VRS即Virtual Reference Station，意為“虛擬參考站”，它是在RTK技術(shù)領(lǐng)域的一種延伸，是衛(wèi)星定位測量技術(shù)的新方法。從基本原理來看，借助連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)對GPS衛(wèi)星進(jìn)行長期跟蹤，將原始的觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信的方式發(fā)送給控制中心。在這一過程中，數(shù)據(jù)中心會(huì)接收相應(yīng)的初始坐標(biāo)，按照計(jì)算后的數(shù)據(jù)結(jié)果和設(shè)定規(guī)則選擇對應(yīng)的基站組合。如果在計(jì)算環(huán)節(jié)存在某些影響GPS數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的衛(wèi)星運(yùn)行情況，那么地面處理中心會(huì)收集誤差信息展開同意處理，得到差分?jǐn)?shù)據(jù)。差分的作用相當(dāng)于多布設(shè)了一個(gè)與測點(diǎn)接近的站點(diǎn)，通過機(jī)動(dòng)站和虛擬參考站之間的差分，就可以獲得測點(diǎn)的坐標(biāo)信息。與傳統(tǒng)的GPS和RTK技術(shù)類似，VRS技術(shù)在應(yīng)用的過程中具有高精度、高效率的優(yōu)勢。但需要注意的是VRS技術(shù)應(yīng)用和衛(wèi)星信號之間存在密切聯(lián)系，如果衛(wèi)星信號比較弱，或是周圍環(huán)境條件差，測量精度可能會(huì)因此受到影響。在地質(zhì)測繪的工作前，應(yīng)對區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀況事先做好勘查研究，從而選擇合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行測量。

3 結(jié)語

當(dāng)前國家各項(xiàng)大型工程都處于開展階段，給地質(zhì)測繪工程帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但也提供了重要的機(jī)遇。測繪新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度、高自動(dòng)化的工作，優(yōu)化了常規(guī)的地質(zhì)測繪技術(shù)流程并減少了測量誤差的積累，整體測量結(jié)果準(zhǔn)確性得到顯著提高。以GPS RTK、數(shù)字化圖像技術(shù)、MAC、VRS技術(shù)為代表的測繪技術(shù)發(fā)展能夠?yàn)榻窈蟮牡刭|(zhì)工程提供新的數(shù)據(jù)來源與技術(shù)手段，也說明傳統(tǒng)測繪技術(shù)會(huì)逐漸地被現(xiàn)代測繪技術(shù)取代，成為重要的補(bǔ)充手段?？梢灶A(yù)見的是，未來的測繪工程將朝著一體化、自動(dòng)化和系統(tǒng)智能化的趨勢發(fā)展，具有連續(xù)性和實(shí)時(shí)的特征。