水工環(huán)地質(zhì)勘查中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用

姜福紅

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院（山東省地勘局第二地質(zhì)大隊），山東 濟(jì)寧 272100）

水工環(huán)地質(zhì)主要包括水文、工程和環(huán)境地質(zhì)。其主要勘查對象有水文相關(guān)的地質(zhì)條件、地形、地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及環(huán)境地質(zhì)問題等。這對于協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著不可忽視的作用。隨著國家對于環(huán)境保護(hù)的愈發(fā)重視和科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，衛(wèi)星技術(shù)（GPS）和載波相位分差技術(shù)融合起來，形成GPSRTK技術(shù)，被越來越多地應(yīng)用于水工環(huán)地質(zhì)勘查中。RTK系統(tǒng)所使用的個差分法計算原理可以降低測量中所產(chǎn)生的誤差，加之自身所具有的自動化高效作業(yè)的特性，GPSRTK在水工環(huán)地質(zhì)勘探中的應(yīng)用正處于朝陽般上升的態(tài)勢。

1 GPSRTK基本工作原理

1.1 GPSRTK系統(tǒng)簡述

GPSRTK由GPS（全球定位系統(tǒng)）和RTK（實時動態(tài)）系統(tǒng)組合而成，是一種新的常用的GPS測量方法，無須再像之前一樣進(jìn)行事后的解算來得到一個較為精確的答案。RTK搭載載波相位動態(tài)實時差分法，簡而言之就是在兩部能夠接收到GPS的系統(tǒng)之間插入一個無線電通信系統(tǒng)，將其構(gòu)成一座“通訊臺”整體。通過這個系統(tǒng)的電臺，在原點的接收機上觀測數(shù)據(jù)和所需相關(guān)變化信息，測站點的數(shù)據(jù)傳輸給流動站（移動站）。在移動站，從基準(zhǔn)站傳來的載波信號和流動站測出的載波信號進(jìn)行差分處理，解算出兩站之間的基線向量。此時GPSRTK系統(tǒng)就會根據(jù)提前確定相關(guān)地質(zhì)條件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化和投影參數(shù)，計算得到流動站的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和實際有誤差，RTK系統(tǒng)也會通過GPS進(jìn)行自我修正。

1.2 GPSRTK系統(tǒng)誤差分析

GPSRTK系統(tǒng)具有操作便捷、環(huán)境限制條件少，精度較高的特點，但是其也會在特點環(huán)境下產(chǎn)生工程中無法接受的誤差。其主要的誤差來源有三點，分辨是GPS星歷，和信號傳播過程中，以及其他外部因素產(chǎn)生的影響。其中外部因素影響主要包括四點偶然誤差。

圖1 GPSRTK系統(tǒng)誤差產(chǎn)生來源示意圖

馮文軍曾在某地區(qū)防洪抗汛工程測繪中使用的GPSRTK技術(shù)測量探究其精度[2]，通過誤差傳播定律可以計算出，測點精度的平方等于基準(zhǔn)站架設(shè)中產(chǎn)生的誤差的平方與GPS接收機的標(biāo)稱精的平方、數(shù)據(jù)解算軟件精度的平方和對中桿誤差平方的四者之和。當(dāng)測量距離大于四千米時五等導(dǎo)線的限差大于測點的總誤差之和。

2 GPSRTK系統(tǒng)的優(yōu)勢和應(yīng)用價值

2.1 GPSRTK技術(shù)的優(yōu)勢

GPSRTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘查中有著其他技術(shù)難以企及的優(yōu)勢條件。其高自動化機械化特點較傳統(tǒng)測量方式相比可以大大提高測量的測量效率，不用繁瑣的測量設(shè)備并且投入大量的人力物力。與此同時，測量的周期也會被縮短，短時高效省力成為GPSRTK最具競爭力的優(yōu)勢之一。而RTK中的載波相位實時差分法基于全球定位系統(tǒng)，可以對測試點進(jìn)行實時、動態(tài)的測試，精確到厘米級別，省去傳統(tǒng)測量技術(shù)所需的后期繁瑣計算和單一的、靜態(tài)的測量模式，更符合現(xiàn)代化測量施工要求，對水工環(huán)地質(zhì)勘查的發(fā)展、綠色生態(tài)可持續(xù)有著重要的意義。同時，這項技術(shù)還可以全天候不間斷持續(xù)運行，外界限制、影響因素少，這也是GPSRTK技術(shù)近些來的得到業(yè)界廣泛認(rèn)可并推廣使用的優(yōu)勢之一。

表1 GPSRTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘查中的應(yīng)用價值

2.2 GPSRTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘查中的應(yīng)用價值

GPSRTK技術(shù)運用到水工環(huán)地質(zhì)勘查中，主要體現(xiàn)在四方面的應(yīng)用價值：時間效率、精度要求、限制因素、高自動化。

3 GPSRTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘查中的具體運用

GPSRTK技術(shù)現(xiàn)如今正愈發(fā)步入成熟，應(yīng)用的范圍越來越廣。在水工環(huán)地質(zhì)勘查中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用，本文主要從目前已經(jīng)發(fā)展相對成熟的環(huán)境、碳?xì)浠衔镂廴竞退睦走_(dá)等領(lǐng)域中的具體運用分析。

3.1 GPSRTK技術(shù)在環(huán)境污染勘查中的具體運用

現(xiàn)如今GPSRTK技術(shù)在環(huán)境污染勘測領(lǐng)域中已經(jīng)是主要技術(shù)之一。其測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性是其在這項勘測中發(fā)揮出的最大優(yōu)勢。環(huán)保有關(guān)部門人員根據(jù)其上傳的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行進(jìn)一步處理，找到污染源頭并且尋求解決之道。為了確保其數(shù)據(jù)的可靠性，在環(huán)境污染勘測中運用GPSRTK技術(shù)還要結(jié)合集裝箱來使用。而在處理污染區(qū)域時需要小心的是，必須確定相鄰區(qū)域的污染情況。

賈邦中發(fā)表的一篇文章中介紹了一個硝化纖維廠的污區(qū)域GPSRTK技術(shù)的具體運用[3]：山東某石灰?guī)r地層區(qū)域的硝化纖維廠泄露化學(xué)污水引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題中，對水質(zhì)調(diào)查使用GPSRTK技術(shù)的實例。其主要污染物是硝化纖維，所以需要對潛水層以及地表水等水層測定纖維含量。雷達(dá)鉆孔收集數(shù)據(jù)后繪制數(shù)據(jù)圖，以GPSRTK技術(shù)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)重建圖像來實現(xiàn)解決污染問題的方案設(shè)計，后續(xù)在施工過程中按照計劃嚴(yán)格執(zhí)行，達(dá)到了預(yù)期的治理效果。

3.2 GPSRTK技術(shù)在南極凍土安全檢查中的具體應(yīng)用

南極中的凍土是一種較為復(fù)雜的地質(zhì)條件，在極低溫度下含有冰的巖石和土壤，長期強度非常低，所以在凍土區(qū)修筑工程時必須要對凍土進(jìn)行安全檢查?？茖W(xué)家們現(xiàn)如今已經(jīng)把GPSRTK技術(shù)應(yīng)用到其中。倘若地下冰層存在有消融、融化的跡象，會影響科學(xué)勘查的場所，如果凍土強度不夠，建筑物就會下沉塌陷。GPSRTK技術(shù)就可以對科學(xué)家建立的勘查基站進(jìn)行調(diào)查測量，這是一種傳統(tǒng)測量方法難以完成的測量任務(wù)，可以確保科學(xué)實驗和研究的安全。

3.3 GPSRTK技術(shù)在碳?xì)湮廴疚锟睖y中的應(yīng)用

碳?xì)湮廴疚锏目睖y特征之一就是需要長時間在野外工作，這既增加了勘查難度，也提高了勘查的人力物力成本。但是GPSRTK技術(shù)就很好地解決了這一難題。碳?xì)湮廴疚锏拇砭褪鞘臀廴?，在高銳發(fā)表的《水工環(huán)地質(zhì)勘查中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用》[1]中有對于勘查石油污染的三步：①收集相關(guān)污染地區(qū)的資料，繪測待測點位置，根據(jù)GPSRTK技術(shù)要求設(shè)計基準(zhǔn)、流動站。調(diào)整參數(shù)，準(zhǔn)備測量。②以參數(shù)信息為基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，對有價值的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分析。③觀測目標(biāo)位置。常用的施測設(shè)備是徠卡1200型動態(tài)GPSRTK施測儀，其具有角度范圍大，動態(tài)檢測中精度高、時間短以及抗干擾能力強等優(yōu)點。

4 結(jié)語

GPSRTK作為新興的測量技術(shù)手段，在水工環(huán)地質(zhì)勘查中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。其時間效率高、探測精度準(zhǔn)、限制因素少和自動化、適應(yīng)性水平高等特性使之逐漸成為目前最具潛力的探測技術(shù)之一，目前國內(nèi)許多工程探測單位都開始逐步引入GPSRTK技術(shù)。而水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查對于我們國家的環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展又有著不言而喻的作用，將GPSRTK技術(shù)應(yīng)用于水工環(huán)地質(zhì)勘查中，提高了勘查的效率、效果，長遠(yuǎn)來看更有利于我們國家的環(huán)境保護(hù)發(fā)展，是一門有待進(jìn)一步發(fā)展的現(xiàn)代化、高科技技術(shù)，具有光明的未來。