郝義

（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東滕州277500）

CORS-RTK技術(shù)在地質(zhì)剖面測(cè)量（或?qū)崪y(cè)）中的應(yīng)用探討

郝義*

（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東滕州277500）

為提高地質(zhì)剖面測(cè)量（或?qū)崪y(cè)）的精度和效率，嘗試使用了CORS-RTK技術(shù)，并與傳統(tǒng)地質(zhì)剖面測(cè)量方法進(jìn)行了對(duì)比，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)使用CORS-RTK技術(shù)在地質(zhì)剖面測(cè)量過(guò)程中具有效率高、節(jié)約成本、無(wú)需通視、測(cè)量更加準(zhǔn)確、質(zhì)量更加可靠、后期成圖更加方便快捷等優(yōu)勢(shì)，值得在以后的工作中推廣應(yīng)用。

CORS-RTK技術(shù)；地質(zhì)剖面測(cè)量；比較；優(yōu)勢(shì)

1　GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)技術(shù)也發(fā)生了革命性的變化。GPS-RTK衛(wèi)星定位系統(tǒng)目前在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域均有應(yīng)用，且應(yīng)用效果較好。它具有測(cè)量人員少、速度快、不需要通視、觀測(cè)精度高等特點(diǎn)，能夠極大地提高工作效率。GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展及其定位精度的不斷提高，使得地質(zhì)測(cè)量的方式也悄然發(fā)生根本性的變革，從靜態(tài)到快速靜態(tài)，再到差分全球定位系統(tǒng)DGPS和載波相位差分實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK（Real-Time-Kinematic）［1］，然后發(fā)展至今天的CORS系統(tǒng)，使得定位過(guò)程在幾秒鐘內(nèi)即可完成，三維定位精度已達(dá)厘米級(jí)。

利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）已成為GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)5個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)［2］。CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深層次結(jié)晶的產(chǎn)物。目前，全國(guó)大部分省份都已建立了CORS系統(tǒng)。

2　GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用

由于我國(guó)大多采用1980年西安坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等坐標(biāo)系統(tǒng)，而GPSRTK獲得初始坐標(biāo)是WGS-84坐標(biāo)系的經(jīng)緯度坐標(biāo)，這就要求必須將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實(shí)際需要的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，RTK測(cè)量前應(yīng)進(jìn)行參數(shù)校正。

在手簿中輸入校正點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，流動(dòng)站置于校正點(diǎn)上測(cè)量出該點(diǎn)的WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)，將所選的3個(gè)或3個(gè)以上的校正點(diǎn)逐一測(cè)量后，通過(guò)手簿上的“點(diǎn)校正”即可解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)，一般選用布爾莎七參數(shù)。儀器參數(shù)校正結(jié)束后，先在已知點(diǎn)上測(cè)量，檢查轉(zhuǎn)換參數(shù)無(wú)誤后才能進(jìn)行新的測(cè)量。

目前，RTK技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用廣泛，特別是出現(xiàn)CORS系統(tǒng)之后，使RTK技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用更加方便、快捷。CORS系統(tǒng)同樣也需要至少3個(gè)控制點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)和所需的平面直角坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)校正，3個(gè)點(diǎn)要大致成銳角三角形分布在調(diào)查區(qū)內(nèi)，同時(shí)還要去調(diào)查區(qū)所在地的省測(cè)繪局購(gòu)買CORS賬號(hào)和密碼。

CORS-RTK技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量方面主要應(yīng)用于控制測(cè)量、地形測(cè)量、工程點(diǎn)測(cè)量、地質(zhì)剖面測(cè)量、勘探線剖面測(cè)量、物探測(cè)量中，而其在實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯。

3　傳統(tǒng)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面測(cè)量方法

實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面是正確劃分地層和巖石單元，確定礦產(chǎn)層位，測(cè)算地層厚度，研究巖石或地層的含礦性質(zhì)、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和互相間的關(guān)系，并根據(jù)剖面的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)一步編制測(cè)區(qū)內(nèi)的綜合地層柱狀圖，劃分和建立適合本區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)專項(xiàng)填圖的填圖單元，以作為地區(qū)統(tǒng)一分層對(duì)比的依據(jù)［3］。

實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面導(dǎo)線點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)剖面基線的距離根據(jù)比例尺不同，偏離要求也不同，一般應(yīng)不大于相應(yīng)比例尺3cm的圖面距離，當(dāng)個(gè)別地質(zhì)體走向與剖面基線夾角較小時(shí)，如果偏離較遠(yuǎn)就會(huì)出現(xiàn)所測(cè)的地質(zhì)現(xiàn)象與剖面基線上的地質(zhì)現(xiàn)象不相符的情況［4］，影響實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面的質(zhì)量。

傳統(tǒng)工作方法是由地質(zhì)人員采用測(cè)繩、羅盤、手持GPS半儀器法，一般需要4～5人，分前測(cè)手1人：負(fù)責(zé)用羅盤測(cè)量導(dǎo)線方位、坡角，查看測(cè)繩上導(dǎo)線的長(zhǎng)度；后測(cè)手1人：負(fù)責(zé)用羅盤測(cè)量導(dǎo)線方位、坡角；分層1人：負(fù)責(zé)地質(zhì)觀察，巖性描述，確定巖性、地層分層位置（將分層位置報(bào)告給記錄者），測(cè)產(chǎn)狀、采集標(biāo)本（將相應(yīng)的位置報(bào)告給記錄者）；記錄1人：負(fù)責(zé)將巖性描述和各種數(shù)據(jù)記錄在表格中。

實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面的具體操作步驟：以剖面的一個(gè)端點(diǎn)為起點(diǎn)，在起點(diǎn)處打入寫有編號(hào)的木樁（如PM200表示PM2剖面的0號(hào)點(diǎn)），后測(cè)手站于0點(diǎn)處，前測(cè)手向剖面前進(jìn)方向推進(jìn)，在地形明顯變化處或與0點(diǎn)有一定距離處設(shè)置導(dǎo)線點(diǎn)（PM201表示PM2剖面的1號(hào)點(diǎn)）并打入有編號(hào)的木樁或在附近標(biāo)志物上用油漆編號(hào)。前后測(cè)手各自在導(dǎo)線的兩端點(diǎn)上（PM200和PM201）將測(cè)繩或皮尺拉緊，讀取刻度，丈量該導(dǎo)線斜長(zhǎng)。然后，前后兩測(cè)手用羅盤互相照準(zhǔn)對(duì)方，分別測(cè)量導(dǎo)線方位和坡度，2人測(cè)量數(shù)據(jù)相差不大時(shí)（一般小于3°），取平均值。坡度角記錄時(shí)，上坡為正號(hào)、下坡為負(fù)號(hào)。

傳統(tǒng)方法測(cè)制實(shí)測(cè)剖面的缺點(diǎn)：

（1）通過(guò)羅盤讀取坡角和導(dǎo)線方位存在較大誤差，前測(cè)手與后測(cè)手身高不一致也影響所測(cè)坡角的準(zhǔn)確性。

（2）測(cè)繩上的最小刻度單位一般為米，讀到分米級(jí)單位時(shí)，存在人為讀數(shù)誤差，不夠精確，從而使地層分界、標(biāo)本、產(chǎn)狀位置存在偏差。

（3）對(duì)通視條件要求較高，在植被覆蓋較厚，通視條件較差的地方，拉測(cè)繩時(shí)易有障礙物遮擋，特別是在植被覆蓋較多的山區(qū)需要多設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)，效率較低。

（4）測(cè)制過(guò)程中地質(zhì)路線容易偏離設(shè)計(jì)剖面線方向，錯(cuò)過(guò)重要地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象，達(dá)不到預(yù)期效果（圖1）。

圖1　傳統(tǒng)方法所測(cè)地質(zhì)路線與CORS-RTK技術(shù)所測(cè)地質(zhì)路線比較

4　CORS-RTK技術(shù)在地質(zhì)剖面測(cè)量（或?qū)崪y(cè)）中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

一般調(diào)查區(qū)只要有手機(jī)信號(hào)（移動(dòng)或聯(lián)通），且調(diào)查區(qū)所在區(qū)域有CORS信號(hào)，就可以使用CORS-RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面測(cè)量。

將RTK設(shè)置為“GPRS模式”，選擇好相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)商、端口、服務(wù)器IP、源節(jié)點(diǎn)，然后登錄CORS賬號(hào)的用戶名和密碼，等儀器出現(xiàn)固定解時(shí)便開(kāi)始測(cè)量。首先依據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面起點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)CORS-RTK進(jìn)行實(shí)地放樣，根據(jù)實(shí)地情況對(duì)剖面起點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，然后根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)和設(shè)計(jì)的剖面方位角，在RTK手簿的“路線放樣”程序中生成剖面參考基線，采用CORS-RTK技術(shù)測(cè)量剖面起點(diǎn)、地形起伏點(diǎn)、主要地物點(diǎn)、地質(zhì)體（地層、礦層/體、構(gòu)造、巖體等）界線位置、終點(diǎn)，并在起點(diǎn)和終點(diǎn)埋設(shè)寫有剖面編號(hào)的木樁，所有測(cè)量坐標(biāo)都要求為固定解。剖面線施測(cè)完成后，計(jì)算整理剖面測(cè)量成果表，繪制實(shí)測(cè)剖面圖。

相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：

（1）縮短了初始化的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。由于用參考站網(wǎng)絡(luò)代替了基準(zhǔn)站，使得一個(gè)地區(qū)的系統(tǒng)誤差可以模型化，從而削弱了誤差的影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，減少了初始化時(shí)間。

（2）作業(yè)半徑大幅度提高。在常規(guī)RTK作業(yè)中，流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的距離受到限制，在通訊良好的情況下一般不超過(guò)10km，在城市中作業(yè)半徑也一般不超過(guò)5km，且作業(yè)精度隨距離的增加而下降。而CORS-RTK技術(shù)的作業(yè)距離只受網(wǎng)絡(luò)大小的限制，而與基準(zhǔn)站無(wú)關(guān)，同時(shí)采用公用網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS/CDMA）作為通訊平臺(tái)，從而作業(yè)距離大幅度提高。

（3）節(jié)約了成本、提高了工作效率。無(wú)需架設(shè)基準(zhǔn)站，真正實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，省去了野外工作中基準(zhǔn)站的值守人員和架設(shè)基準(zhǔn)站的時(shí)間。

（4）在地形起伏點(diǎn)，巖性、地層分界點(diǎn)、礦（化）點(diǎn)處，定點(diǎn)更加方便準(zhǔn)確，可以邊走邊獲得測(cè)量坐標(biāo)。

（5）CORS-RTK在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中一般需要2人即可，一人負(fù)責(zé)定點(diǎn)、取樣、量產(chǎn)狀，另一人負(fù)責(zé)分層、記錄描述，節(jié)省了人力物力。

（6）可以在RTK手簿中根據(jù)起點(diǎn)坐標(biāo)和剖面方位生成剖面參考基線，測(cè)制過(guò)程中可以沿著參考基線前行，如果有些地方有障礙物可以適當(dāng)繞行，儀器會(huì)提示偏移的距離和方位，根據(jù)這一提示，在隨后的測(cè)量過(guò)程中可以進(jìn)行回歸校正，實(shí)測(cè)路線與設(shè)計(jì)剖面線吻合度較高。

（7）數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)或其它測(cè)量?jī)x器通信［5］。后期數(shù)據(jù)處理可采用AutoCAD與Section相結(jié)合的方式進(jìn)行繪圖。由于測(cè)制過(guò)程中導(dǎo)線點(diǎn)是用坐標(biāo)的形式記錄，可以將坐標(biāo)在Excel中通過(guò)公式進(jìn)行處理后，再導(dǎo)入到AutoCAD中生成地質(zhì)路線和地形線，然后進(jìn)行地層分層，分層完成后，將AutoCAD文件轉(zhuǎn)換成Section可以識(shí)別的*.dxf格式，通過(guò)Section的“1輔助工具”里的“角度花紋填充”功能對(duì)地層花紋進(jìn)行填充。

通過(guò)在多個(gè)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出，傳統(tǒng)地質(zhì)剖面測(cè)量方法與CORS-RTK技術(shù)具體數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1　CORS-RTK技術(shù)所測(cè)地質(zhì)剖面與傳統(tǒng)方法所測(cè)地質(zhì)剖面優(yōu)勢(shì)比較

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于CORS系統(tǒng)目前可能發(fā)展還不夠完善，在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)或植被覆蓋較密的山區(qū)，CORS信號(hào)不夠穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象，得不到固定解，所以在使用過(guò)程中還要結(jié)合架設(shè)RTK基準(zhǔn)站、流動(dòng)站模式進(jìn)行使用。

5　結(jié)論

（1）CORS-RTK技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)剖面測(cè)量（或?qū)崪y(cè)）具有快捷、簡(jiǎn)便、省時(shí)省力、無(wú)需通視、測(cè)量更加準(zhǔn)確、質(zhì)量更加可靠等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)地質(zhì)剖面測(cè)量方法相比存在較大優(yōu)勢(shì)。

（2）CORS-RTK所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可以直接導(dǎo)入到AutoCAD和Section軟件中進(jìn)行繪圖，給后期的剖面成圖提供了便利。

（3）CORS系統(tǒng)目前在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)或山區(qū)可能還存在部分盲區(qū)，所以這些地方CORS系統(tǒng)還要結(jié)合RTK基準(zhǔn)站、流動(dòng)站模式進(jìn)行使用。

［1］張楨哲.GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2012（9）：129-131.

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［5］程林，李小偉.RTK測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘查中應(yīng)用研究［J］.硅谷，2013（7）：93.

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1004-5716（2016）10-0148-03

2015-12-01

2015-12-02

郝義（1982-），男（漢族），山東淄博人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查工作。