GNSS技術(shù)在地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用實(shí)踐

劉進(jìn)華 LIU Jin-hua；宋鵬飛 SONG Peng-fei

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測(cè)繪地理信息院，鄭州 450000）

0 引言

在以往傳統(tǒng)的測(cè)繪中極易受到自然環(huán)境因素的影響，且大多由人工來進(jìn)行作業(yè)、工作量大且難度系數(shù)較高，在實(shí)際測(cè)繪過程中需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，且測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性也不高。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，GNSS技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果，使工程測(cè)繪精度得到有效提升，進(jìn)一步推動(dòng)了工程建設(shè)質(zhì)量水平的提高。論文先簡(jiǎn)單介紹了GNSS測(cè)繪技術(shù)，并對(duì)GNSS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)從三個(gè)方面展開了剖析，最后深入探討了GNSS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用，以期不斷提升工程測(cè)繪的精準(zhǔn)度和效率，促進(jìn)工程建設(shè)質(zhì)量的提升，同時(shí)希望為廣大同行提供一定的參考。

1 地質(zhì)測(cè)繪工作內(nèi)容

地質(zhì)測(cè)繪工作主要是分析一個(gè)地區(qū)的地形地貌狀況。隨著當(dāng)前信息技術(shù)水平的不斷提升，傳統(tǒng)的地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前地質(zhì)測(cè)繪工作的要求，所以各類新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)測(cè)繪工作中，特別是數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)。通過對(duì)地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)的有效應(yīng)用，使工作人員更好地掌握區(qū)域環(huán)境土壤情況，為后續(xù)的資源開發(fā)提供幫助。在測(cè)繪過程中環(huán)境較為復(fù)雜，所以就需要正確合理地應(yīng)用地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)，以此來減輕工作人員的工作壓力。采集作為地質(zhì)測(cè)繪中的主要環(huán)節(jié)，需要認(rèn)真控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，確保測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。通過地質(zhì)測(cè)繪才能夠?yàn)榈刭|(zhì)工作提供具體的地形圖、剖面圖等等，還能夠明確鉆孔的具體位置，這是礦產(chǎn)勘查和地質(zhì)調(diào)整等測(cè)繪工作的總稱，也是地質(zhì)勘探和普查中最為基礎(chǔ)的工作內(nèi)容。以往工作人員都是利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，但是隨著技術(shù)水平的提升，當(dāng)前人們可以利用GNSS技術(shù)來進(jìn)行有效測(cè)量，不僅能夠降低測(cè)繪難度，而且還能夠確保數(shù)據(jù)和圖形的準(zhǔn)確性。地質(zhì)測(cè)繪對(duì)于我國(guó)資源利用和礦產(chǎn)開發(fā)都有著非常大的作用，所以在具體工作中就需要積極采取相應(yīng)措施，工作人員也應(yīng)該加強(qiáng)重視，這樣才能夠保證工作的順利開展。

2 GNSS在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

針對(duì)于GNSS在礦山測(cè)量中的應(yīng)用，筆者整理了六點(diǎn)，分別是：應(yīng)用于確定技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用于礦山控制測(cè)量、應(yīng)用于地形測(cè)量與實(shí)際施工、應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用于數(shù)字化測(cè)圖、應(yīng)用于其他測(cè)量工作，本章將一一進(jìn)行說明。

2.1 應(yīng)用于確定技術(shù)參數(shù)

GNSS技術(shù)在礦山測(cè)繪中的應(yīng)用，主要是確定參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精度和基準(zhǔn)進(jìn)行全面掌握和熟悉，為相關(guān)人員開展初步觀測(cè)和設(shè)計(jì)網(wǎng)性工作提供保障。在對(duì)精度進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，相關(guān)工作人員要高度重視控制網(wǎng)的選擇工作，一般情況下，要立足于地區(qū)等級(jí)下的GNSS網(wǎng)。

2.2 應(yīng)用于礦山控制測(cè)量

控制測(cè)量是礦山測(cè)量期間十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，發(fā)揮著不可替代和不可或缺的關(guān)鍵作用。以往測(cè)量礦山控制技術(shù)主要是預(yù)先對(duì)各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，而后通過各個(gè)控制點(diǎn)，設(shè)立相關(guān)的控制網(wǎng)，從而對(duì)測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差狀況進(jìn)行有效降低和避免，更好的有利于開展后續(xù)工作，進(jìn)而對(duì)測(cè)量效率進(jìn)行提高。但是在布置控制點(diǎn)的過程中，傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)容易受到一系列因素的影響，包括：天氣、施工條件等，在實(shí)際測(cè)量工作期間，會(huì)增加其中的工作任務(wù)量，對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行降低，以此無法確保精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。一般情況下，會(huì)使用靜態(tài)差分定位技術(shù)開展礦山控制測(cè)量工作，通過使用GNSS接收機(jī)，能夠精準(zhǔn)的定位測(cè)量范圍內(nèi)的各個(gè)控制點(diǎn)，與此同時(shí)，還要適當(dāng)?shù)膬?yōu)化和調(diào)整其中的測(cè)量精度。應(yīng)用GNSS技術(shù)，能夠?qū)y(cè)量結(jié)果的精度進(jìn)行有效提高，同時(shí)，在實(shí)際測(cè)量期間，不需要充分考慮其他因素，例如：施工環(huán)境、自然條件等，開展測(cè)量工作有較高的靈活性和便捷性，能夠更好的保障測(cè)量工作質(zhì)量和效率。

2.3 應(yīng)用于地形測(cè)量與實(shí)際施工

如若測(cè)量工作涉及到較大的礦區(qū)面積和復(fù)雜的地形，在實(shí)際進(jìn)行建設(shè)期間，就要全面掌握和熟悉礦區(qū)實(shí)際的地形地貌情況，全面系統(tǒng)的分析和研究礦區(qū)內(nèi)部地形。在此期間，通過航空攝影技術(shù)來使用傳統(tǒng)測(cè)量方法，拍攝所需要的礦區(qū)照片，而后再對(duì)所拍攝到的礦區(qū)照片進(jìn)行解讀，最后補(bǔ)測(cè)使用到的相關(guān)測(cè)量?jī)x器，應(yīng)用這種方式，一定程度上會(huì)被環(huán)境因素所制約，完成測(cè)量任務(wù)難度大，測(cè)量工作的開展需要反復(fù)進(jìn)行，無法有效提高測(cè)量效率。在實(shí)際展開施工和礦山地下測(cè)量工作期間，主要是采用實(shí)時(shí)差分技術(shù)手段來應(yīng)用GNSS技術(shù)，建立綜合系統(tǒng)的測(cè)量平臺(tái)體系，從而便于開展測(cè)量工作。通過配合應(yīng)用控制點(diǎn)和靜態(tài)基站，設(shè)立對(duì)整個(gè)礦區(qū)范圍進(jìn)行覆蓋的空間坐標(biāo)體系，采用應(yīng)用其他設(shè)備的方法，處理相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，從而更好的開展測(cè)量工作，提高測(cè)量工作的精準(zhǔn)性和有效性。

2.4 應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集

使用GNSS技術(shù)，在實(shí)際進(jìn)行測(cè)量工作期間，主要是使用系統(tǒng)中傳感器設(shè)備，通過非電量信號(hào)和多樣化的電量信號(hào)，在信息存儲(chǔ)器當(dāng)中第一時(shí)間存儲(chǔ)收集到的相關(guān)信息，而后便于開展后續(xù)的計(jì)算以及分析數(shù)據(jù)信息等工作。在測(cè)量礦山期間，開展采集數(shù)據(jù)工作的過程中，能夠在系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)控，與此同時(shí)，設(shè)置和安排采集數(shù)據(jù)器，通過應(yīng)用A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)所采集到的電流信號(hào)進(jìn)行有效處理，而后將采集的電流信號(hào)朝著相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)方向所轉(zhuǎn)換。在成功轉(zhuǎn)換后，就要在系統(tǒng)中的芯片發(fā)送這些數(shù)據(jù)信息，而后再成功發(fā)送給上位機(jī)。

2.5 應(yīng)用于數(shù)字化測(cè)圖

通過數(shù)字化圖件的形式來展示GNSS最終的測(cè)繪成果，采用野外數(shù)據(jù)采集的方式，在實(shí)際應(yīng)用GNSS技術(shù)開展工作的過程中，需要使用到測(cè)量裝備以及相關(guān)儀器。在數(shù)字化測(cè)圖工作中開展繪制各種比例尺的地形圖時(shí)，可以通過對(duì)GNSS技術(shù)的使用，完成數(shù)字化測(cè)圖工作，測(cè)量大比例尺的地形圖，依據(jù)相關(guān)人員的實(shí)際需要，縮放比例尺的圖件，從而對(duì)人員的不同需求進(jìn)行充分滿足。在成圖的過程中，為了降低和避免產(chǎn)生誤差，就要嚴(yán)格檢測(cè)各個(gè)控制點(diǎn)，工作人員展開成圖工作期間，還要依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行，精準(zhǔn)反應(yīng)測(cè)量范圍內(nèi)的地形地貌，可以通過GIS技術(shù)的使用，建立三維數(shù)字模型，對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地形地貌特征進(jìn)行直觀反應(yīng)。

2.6 應(yīng)用于其他測(cè)量工作

在進(jìn)行測(cè)量野外調(diào)查工作期間，能夠通過使用GNSS技術(shù)，精準(zhǔn)的定位測(cè)量區(qū)域，在作業(yè)范圍內(nèi)，測(cè)量變化巖層形態(tài)的具體狀況。相比較于傳統(tǒng)的拉尺測(cè)量手段，GNSS技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，包括：便于開展測(cè)量工作、存在較高的測(cè)量工作效率等。在監(jiān)測(cè)礦山生態(tài)環(huán)境區(qū)域期間，不可避免的會(huì)被其他因素所限制和影響，例如：地貌、地形等。如若沉陷是測(cè)量范圍內(nèi)所顯示的特點(diǎn)，想要對(duì)井下工作安全進(jìn)行有效提高，加強(qiáng)建設(shè)地面工作的穩(wěn)定性和可靠性，就要在測(cè)量范圍內(nèi)通過測(cè)量技術(shù)方法，動(dòng)態(tài)化的展開監(jiān)測(cè)工作。通過使用全站儀設(shè)備，傳統(tǒng)測(cè)量方法能夠駐點(diǎn)測(cè)定測(cè)量范圍，但是在測(cè)量沉陷范圍時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)量方法十分容易受到地貌、地勢(shì)、地形等條件的影響，測(cè)量難度較大。通過對(duì)GNSS技術(shù)的使用，能夠?qū)刂泣c(diǎn)布設(shè)難度進(jìn)行有效降低，從而對(duì)測(cè)量工作效率和質(zhì)量進(jìn)行有效提高。

3 GNSSRTK技術(shù)在煤炭地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用分析

3.1 工程概況

自GNSS RTK技術(shù)應(yīng)用于測(cè)量工作以來，其在煤炭勘探中的應(yīng)用越來越受到勘探測(cè)量技術(shù)專家的關(guān)注，已成為構(gòu)建山區(qū)規(guī)劃控制網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)測(cè)量工具。GNSS RTK測(cè)量設(shè)備不僅具有精度高、速度快、全天候運(yùn)行等特點(diǎn)，能夠滿足煤炭地質(zhì)勘探的技術(shù)要求，還能有效節(jié)省測(cè)量負(fù)荷，提高采煤階段測(cè)量工作的效率。對(duì)礦區(qū)進(jìn)行初步檢查和普查。本次勘測(cè)工作的地點(diǎn)在特定城市的煤礦區(qū)，勘測(cè)工作的任務(wù)是對(duì)勘查權(quán)范圍內(nèi)的1/10000地形圖進(jìn)行測(cè)繪和部分工程地質(zhì)工作，礦區(qū)海拔在1570～1770m范圍內(nèi)，勘測(cè)面積大，地勢(shì)較簡(jiǎn)單但崎嶇不平，國(guó)家級(jí)三角控制點(diǎn)小且分布不均，因此，勘探和測(cè)量沉積物在很大程度上受限于天文觀測(cè)點(diǎn)的密度和條件困難的天文重力觀測(cè)點(diǎn)工作，是工程-測(cè)量工作的典型例子，適用于使用GNSS RTK測(cè)量技術(shù)的測(cè)量。

3.2 CNSS RTK圖根控制測(cè)量

與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，GNSSRTK測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)勘察測(cè)量中的應(yīng)用不受天氣、地形、連通性等條件的限制，而且操作簡(jiǎn)單，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，工作效率高，大大節(jié)省勞動(dòng)力，設(shè)備不滿足測(cè)量精度要求，誤差分布均勻，不存在誤差累積問題。使用GNSSRTK測(cè)量技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行勘察，不僅可以實(shí)時(shí)了解定位精度，還可以了解觀測(cè)質(zhì)量，顯著提高工作效率。根控制測(cè)量工作流程如圖1所示。

圖1 GNSS RTK圖根控制測(cè)量作業(yè)流程圖

①收集區(qū)域控制的結(jié)果。測(cè)量區(qū)管理結(jié)果的采集主要包括確定控制點(diǎn)坐標(biāo)、等級(jí)、中央子午線、坐標(biāo)系和控制點(diǎn)歸屬。

②計(jì)算測(cè)量面積的轉(zhuǎn)換參數(shù)。對(duì)于GNSS RTK測(cè)量技術(shù)，其要求是在實(shí)際坐標(biāo)系（1980西安坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系或局部獨(dú)立坐標(biāo)系等）中得到待測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，所以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題顯得尤為重要。真正需要做的是將GNSSRTK觀測(cè)到的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國(guó)家平面坐標(biāo)或工程坐標(biāo)。一般可以應(yīng)用高斯投影法，即應(yīng)用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)，直接將控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和國(guó)家平面坐標(biāo)或土木工程坐標(biāo)輸入書中，使用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)變換參數(shù)。如果待測(cè)區(qū)域內(nèi)有足夠多的控制點(diǎn)局部坐標(biāo)，沒有WGS-84坐標(biāo)，且它們的相對(duì)位置關(guān)系準(zhǔn)確，則可以使用GNSSRTK測(cè)量方法作為起始位置確定相對(duì)位置關(guān)系控制點(diǎn)之間，并實(shí)時(shí)測(cè)量WGS-大地坐標(biāo)。當(dāng)有些地方?jīng)]有合適的控制點(diǎn)設(shè)置基站時(shí)，可以使用基站隨機(jī)放置的方法，虛擬基站，基站的WGS-84坐標(biāo)直接從測(cè)量書上讀取，然后移動(dòng)站再次前往單獨(dú)的控制點(diǎn)收集WGS-84。測(cè)區(qū)控制成果收集。

③選擇基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)置。GNSSRTK定位數(shù)據(jù)處理過程是基站和移動(dòng)臺(tái)之間的單基站處理，基站和移動(dòng)臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞，無線電信號(hào)傳播質(zhì)量對(duì)定位結(jié)果影響很大，有利地選擇基站的位置非常重要。在GNSSRTK測(cè)量中，隨著與基站距離的增加，初始化時(shí)間增加，精度會(huì)降低，所以移動(dòng)臺(tái)與基站的距離不能太大，只要不超出范圍即可10公里。同時(shí)，應(yīng)考慮在基站上方大面積覆蓋，不存在影響RTK數(shù)據(jù)鏈通信的衛(wèi)星信號(hào)和無線電干擾，以及增加基站無線安裝的高度?；驹O(shè)置包括對(duì)象創(chuàng)建和坐標(biāo)系統(tǒng)管理、基站射頻選擇：選擇GNSS RTK的工作方式。

④測(cè)量前的質(zhì)量檢查。為保證GNSS RTK的測(cè)量精度和可靠性，需要對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證和驗(yàn)證，避免操作中出現(xiàn)盲點(diǎn)。研究表明，RTK決定了整個(gè)模糊周95%的最大可靠性，RTK比靜態(tài)GNSS具有更多的誤差因素，例如數(shù)據(jù)循環(huán)誤差等。

⑤內(nèi)部數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)傳輸是接收器和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。與GNSS RTK靜態(tài)測(cè)量相比，GNSS RTK測(cè)量數(shù)據(jù)處理要容易得多，例如使用TGO軟件（*，DC）進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理，可以直接將坐標(biāo)值作為文件輸出和打印，并獲得控制點(diǎn)結(jié)果。鏈接錯(cuò)誤等等。

3.3 內(nèi)業(yè)處理及成果比較

將測(cè)量數(shù)據(jù)（坐標(biāo)文件）轉(zhuǎn)換為軟件，將測(cè)量圖根控制的技術(shù)要求輸入軟件，軟件調(diào)整，計(jì)算各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)和高度；為了了解RTK在控制測(cè)量中的用處，以及準(zhǔn)確度，我們?cè)赗TK觀測(cè)點(diǎn)對(duì)圖根導(dǎo)線進(jìn)行了一次觀察，兩種結(jié)果的比較結(jié)果如表1所示。

表1 內(nèi)業(yè)處理及成果比較

從表1可以得到點(diǎn)位中誤差ms=±1.97cm，高程中誤差mh=±1.50cm，由此可見：用RTK完成能夠信任圖根控制測(cè)量，其精度能達(dá)到規(guī)范要求。

3.4 RTK與全站儀測(cè)量結(jié)果對(duì)比表

RTK與全站儀測(cè)量結(jié)果對(duì)比表如表2所示。

表2 RTK與全站儀測(cè)量結(jié)果對(duì)比表

①在平坦開闊區(qū)域，RTK的測(cè)量精度與全站儀相差不大，可以忽略不計(jì)，但在效率方面，在平坦開闊區(qū)域，RTK信號(hào)接收良好，數(shù)據(jù)采集效果為比較完善，效率遠(yuǎn)高于全站儀。②林區(qū)和建筑物，在林區(qū)時(shí)，往往收不到RTK信號(hào)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用，反之，全站儀可以更準(zhǔn)確地測(cè)量。

3.5 結(jié)論

①與傳統(tǒng)測(cè)量相比較，GNSS RTK測(cè)量技術(shù)自動(dòng)化程度高，實(shí)時(shí)提供經(jīng)過檢驗(yàn)的成果資料，無需數(shù)據(jù)后處理。②GNSS RTK測(cè)量技術(shù)具有在通視條件不好的情況下遠(yuǎn)距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢(shì)，無誤差累積，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。③GNSS RTK測(cè)量技術(shù)操作簡(jiǎn)單，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率，其非常適合煤田地質(zhì)勘查測(cè)量。

4 結(jié)語

綜上所述，在地質(zhì)測(cè)繪工作中要合理應(yīng)用GNSS技術(shù)，可以提高地質(zhì)測(cè)繪工作質(zhì)量，確保測(cè)繪的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)全方面測(cè)繪，在應(yīng)用過程中也需要提高工作人員的技術(shù)水平，這樣才能夠確保GNSS技術(shù)能夠充分發(fā)揮作用。