GPS技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用實(shí)踐

范董偉

摘要：就土地面積而言，我國是世界第三大國家。地域遼闊涵蓋各種地質(zhì)構(gòu)造。因此，地質(zhì)測繪是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。本文以某煤礦為例，利用GPS技術(shù)進(jìn)行山地地質(zhì)測繪，并系統(tǒng)地描述了RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，總結(jié)了GPS技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題和技巧，為提高地質(zhì)測繪效率提供了參考。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù)；參數(shù)設(shè)置；測繪應(yīng)用

1.地質(zhì)概況

為了將某礦區(qū)的構(gòu)造特征、地層層序等相關(guān)地質(zhì)情況查明，因此根據(jù)相關(guān)部門的要求設(shè)立了福建省尤溪縣煤礦普查項(xiàng)目，通過對該礦區(qū)進(jìn)行勘察發(fā)現(xiàn)，該礦區(qū)擁有25.08km2的面積，該區(qū)域的形態(tài)屬于山地形，通過相關(guān)的地勢測量發(fā)現(xiàn)，其海拔高度集中在160m～1150m之間，具有一定的高差，并且切割非常深的程度、呈現(xiàn)出溝谷的形態(tài)、并有較為茂密的植被覆蓋等，這些因素給測繪工作帶來非常大的難度。通過將上述的情況進(jìn)行綜合測區(qū)后，進(jìn)行了科學(xué)的分析和討論，決定采用RTK技術(shù)在擁有較好衛(wèi)星信號的山坡和平坦地區(qū)開展相應(yīng)的地質(zhì)測量，對這些信號較好的區(qū)域采用RTK外業(yè)雙頻RTK系統(tǒng)進(jìn)行觀測。而在深溝、樹林等擁有覆蓋較為濃密的區(qū)域無法采用這種方法進(jìn)行測量，因此就需要利用到拓普康GTS-602型全站儀進(jìn)行相關(guān)的觀測。

2.作業(yè)依據(jù)

在進(jìn)行執(zhí)行相關(guān)測繪作業(yè)的過程中要根據(jù)相關(guān)的測量和技術(shù)規(guī)范開展工作。在進(jìn)行布設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)，需要采用科學(xué)的布設(shè)方法來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)定位，在此過程中需要進(jìn)行布設(shè)6個(gè)觀測點(diǎn)。在進(jìn)行外業(yè)的過程中需要通過進(jìn)行合格鑒定的4臺接收機(jī)，其規(guī)格型號為中海達(dá)V8雙頻GPS并在該設(shè)備的有效期內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)水平垂直的觀測。在進(jìn)行觀測的過程中要保證周圍的條件和作業(yè)環(huán)境達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，要保證這些進(jìn)行同步同組觀測的有效衛(wèi)星數(shù)量超過6顆，PDOP值要控制在4以內(nèi)，超過15°的衛(wèi)星高度角，并且觀測時(shí)長要保證超過60分鐘。在該行業(yè)領(lǐng)域中普遍采用的是中海達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件來進(jìn)行解算基線以及實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)平差的科學(xué)控制，進(jìn)一步的檢核解算后的方差比、中誤差等相關(guān)指標(biāo)，將一些不滿足基線向量要求的指標(biāo)剔除，在WGS-84坐標(biāo)系內(nèi)將達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的基線向量進(jìn)行網(wǎng)平差，基于有效觀測量利用福建省C級GPS點(diǎn)作為相應(yīng)的約束條件，再運(yùn)用P156作為相關(guān)的檢核條件，平差采取的是二維約束平差方法，具體來說就是將GPS點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

3. RTK地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)解算

選擇5個(gè)既能夠呈現(xiàn)均勻分布，又能夠?qū)⒌V區(qū)進(jìn)行全面的覆蓋，通過兩套坐標(biāo)成果進(jìn)行相應(yīng)的求解，運(yùn)用七參數(shù)法進(jìn)行參數(shù)解算，相關(guān)的經(jīng)緯度的坐標(biāo)及高程基準(zhǔn)都需要進(jìn)行測定，通過計(jì)算平面坐標(biāo)使其殘差最大值達(dá)到了0.0149m，限差的范圍控制在±0.03m，上述所使用的這些參數(shù)能夠達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

4.圖根點(diǎn)測量

利用RTK觀測圖根點(diǎn)的過程中，三腳架可以實(shí)現(xiàn)中和平整的目的，歷元數(shù)每次所能掌握要超過20個(gè)，且在不同時(shí)段進(jìn)行觀測2次，2次測量結(jié)果都控制在0.04m范圍內(nèi)，將2次測量的結(jié)果進(jìn)行平均后得到的數(shù)值作為結(jié)果。

5.測量勘探線剖面

在進(jìn)行勘探時(shí)對線剖面所采取的相關(guān)操作需要達(dá)到 1∶2000范圍的比例尺，并采用77°00’00″的剖面設(shè)計(jì)方位。測量剖面的過程采用了傳統(tǒng)的施工中所使用的鉆孔作為施工的基點(diǎn)，科學(xué)的運(yùn)用解析法將要測量的每個(gè)剖面線兩端點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算得出，并將計(jì)算的結(jié)果導(dǎo)入到RTK中作為樣點(diǎn)庫，通過對RTK手簿進(jìn)行相應(yīng)的觀測，從其中選取直線來達(dá)到放樣的作用，將剖面線的起始點(diǎn)與終點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行輸入，按照相關(guān)儀器的提示，當(dāng)其垂直的間距逐漸地接近0時(shí)，就說明可以對剖面點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)和高程的測量，將剖面點(diǎn)進(jìn)行全面的實(shí)地放樣。在此過程中要控制剖面點(diǎn)間距在30m范圍內(nèi)，在一些地形發(fā)生變化的區(qū)域適當(dāng)?shù)脑黾铀椴奎c(diǎn)的采集，所采集的數(shù)據(jù)都可以成為RTK的固定解。觀測所得到的數(shù)據(jù)主要是通過采集器將這些記錄保存在儀器的內(nèi)存中，當(dāng)結(jié)束了工作后在計(jì)算機(jī)中將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)入，同時(shí)生成*.csv格式文件。剖面圖主要是通過MAPGIS軟件進(jìn)行生成，然后再對其進(jìn)行相關(guān)的編輯、調(diào)整。

6.鉆孔定測

采用RTK來實(shí)現(xiàn)定測鉆孔，一共可以定測5個(gè)鉆孔，平面所在的位置主要是在封孔的中心，水泥面就是其標(biāo)準(zhǔn)高度，接收衛(wèi)星的數(shù)量要保證超過6顆，達(dá)到15°的高度角，控制PDOP的數(shù)值達(dá)到4以內(nèi)，10次作為觀測一次平滑的次數(shù)，通過2次的觀測后取平均值，將其作為RTK的固定解，通過相應(yīng)的采集器將相關(guān)的數(shù)據(jù)直接記錄在儀器的內(nèi)存中。

7. RTK成果質(zhì)量控制

7.1利用已知控制點(diǎn)檢核

運(yùn)用RTK來進(jìn)一步的觀測沒有參與運(yùn)算的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，主要將其坐標(biāo)和高程進(jìn)行比較，通過比較發(fā)現(xiàn)采用RTK進(jìn)行觀測的精度達(dá)到了相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，具體結(jié)果見表2。

7.2重測比較法

對本煤礦區(qū)采取不同時(shí)段的定測的方法，能夠有效的提升RTK測量結(jié)果的精確性，使得到的結(jié)果更加的可靠，通過比較同名點(diǎn)的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)，所得出的結(jié)果達(dá)到了相關(guān)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，這充分的說明采用RTK方法對鉆孔及剖面點(diǎn)進(jìn)行觀測，能夠得到較高的精度，詳細(xì)的比較數(shù)據(jù)見表3所示。

8.在使用RTK的過程中需要重視的問題

8.1正確解算轉(zhuǎn)換參數(shù)

在對控制點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，通常情況下參與的數(shù)量要超過3個(gè)點(diǎn)，并且參與的這些點(diǎn)都要達(dá)到足夠等級、精度、密度，通過這些參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)測區(qū)的有效控制，RTK測量時(shí)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)所形成的誤差要控制在±2cm范圍內(nèi)，高程要控制3cm～-3cm之間。采用的轉(zhuǎn)換方式主要有三參數(shù)、四參數(shù)等，當(dāng)然最好還是選用四參數(shù)來對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行求解，因?yàn)槿齾?shù)適用于面積較小的觀測區(qū)，解算好參數(shù)后再進(jìn)行相應(yīng)的檢核。

8.2基準(zhǔn)站要正確架設(shè)

盡量保證在中央礦區(qū)高地對相關(guān)的基準(zhǔn)站進(jìn)行架設(shè)，這樣能夠使周圍的環(huán)境更加的廣闊，防止雜物對其進(jìn)行遮擋，確保遠(yuǎn)離水域、雷達(dá)站等外部條件的干擾，這樣能夠更好地降低多路徑效應(yīng)對其產(chǎn)生的影響，量取儀高要保持足夠的精準(zhǔn)，設(shè)置專人進(jìn)行守候且在進(jìn)行觀測時(shí)嚴(yán)禁任何操作。

8.3流動(dòng)站使用技巧

在流動(dòng)站進(jìn)行觀測過程中要盡量確保氣泡居中，在對重要點(diǎn)位進(jìn)行測量時(shí)，要利用三腳架進(jìn)行調(diào)平后才能開展觀測工作，同時(shí)觀測的時(shí)間與次數(shù)要進(jìn)行科學(xué)的增加。當(dāng)通訊時(shí)，要保持一定的距離的檢測，避免發(fā)生串頻情況，當(dāng)遇到雷暴天氣時(shí)就不適宜進(jìn)行RTK觀測，要盡量避免在中午衛(wèi)星強(qiáng)度不夠的時(shí)段進(jìn)行觀測。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)可以得到RTK浮動(dòng)解，當(dāng)點(diǎn)位誤差分布在0.2m～3m范圍之間時(shí)，高程誤差比較明顯。因此，在深溝、有超過10m高度的樹木時(shí)，可以選擇附近平坦的地帶進(jìn)行圖根點(diǎn)的布設(shè)。

9.結(jié)論

綜上所述，GPS技術(shù)具有實(shí)時(shí)，快速等特點(diǎn)，非常適合礦區(qū)測量工作，并且可以滿足對地圖根測量的控制，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，值得進(jìn)一步推廣和大范圍應(yīng)用。

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