高 銳

(山西省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，山西 侯馬 043000)

水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK的運用研究

高 銳

(山西省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，山西 侯馬 043000)

對GPS技術(shù)、RTK技術(shù)予以了分析，并對GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應用價值及工作原理進行了探討，詳細闡述了水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK技術(shù)的具體運用，并提出了今后水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK要注意的問題。

水工環(huán)地質(zhì)，GPS RTK技術(shù)，運用

GPS RTK技術(shù)作為差分GPS定位系統(tǒng)，具有實時、動態(tài)數(shù)據(jù)測量的特點，以載波相位為基準，落實觀測點數(shù)據(jù)測量的目的。RTK系統(tǒng)將差分法作為測量依據(jù)，不僅可降低測量誤差，還可避免GPS技術(shù)、RTK技術(shù)間誤差矛盾，即前者為衛(wèi)星測量差，后者為機鐘差，而技術(shù)間融合的方式，可避免測量誤差，并將測量精度控制在厘米級。

1 對GPS RTK技術(shù)的分析

1)GPS技術(shù)。GPS(全球定位系統(tǒng)，Global Positioning System)技術(shù)作為動態(tài)定位技術(shù)，可依據(jù)導航定位系統(tǒng)的輔助，對載波相位數(shù)據(jù)予以全面收集，可有效保證地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的準確性。其中GPS技術(shù)將衛(wèi)星、地面間距實施定位，借助地面基站，對高性能、高水平GPS接收器進行布設(shè)，并選擇實時觀測的方式，努力做好信號傳輸、轉(zhuǎn)換工作。此環(huán)節(jié)的進行，地面GPS接收器可將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線信號，并通過基站基線向量的精準核算，確定待測對象坐標點。

現(xiàn)階段，由于國內(nèi)地質(zhì)災害研討、環(huán)境保護等工作的深入施行，在某種程度上拓展GPS技術(shù)應用空間，促使其在地質(zhì)采礦、水工環(huán)地質(zhì)勘探、城市規(guī)劃等領(lǐng)域占據(jù)首席地位。

2)RTK技術(shù)。RTK(Real-Time Kinematic)技術(shù)依據(jù)動態(tài)差分原理，貫徹落實地質(zhì)測量和地質(zhì)定位工作的深刻內(nèi)涵。常規(guī)角度下，RTK技術(shù)將數(shù)據(jù)誤差值控制在厘米范圍內(nèi)，即以基站、流動站位置為導向，結(jié)合接收設(shè)備的輔助，對數(shù)據(jù)予以接收，并針對同源衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)開展對比分析工作。待差分改正后，方可以無線傳輸設(shè)備的融合，將數(shù)據(jù)傳輸至流動站內(nèi)，多適用于環(huán)境污染和地質(zhì)災害的預防、調(diào)查等領(lǐng)域。此外，RTK技術(shù)還具有自動化作業(yè)、數(shù)據(jù)可靠、安全系數(shù)高、作業(yè)效率高以及操作簡易的特點。

2 GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中應用價值

1)工作原理。GPS RTK為實時、動態(tài)測量技術(shù)，其工作原理如下：于基站處布設(shè)GPS接收機，以各衛(wèi)星觀測為依據(jù)；在連續(xù)觀測的前提下，利用衛(wèi)星將數(shù)據(jù)信號傳輸至觀測站，而無線電設(shè)備作為信號傳輸?shù)闹饕浇?；GPS接收機通過對觀測數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)換參數(shù)的實時且完整接收，借助GPS定位系統(tǒng)，科學預算基線向量，取得基站另一坐標點，即WGS-84；結(jié)合WGS-84坐標、地方坐標間參數(shù)的融合，以此實現(xiàn)對所需精度、系數(shù)的真實顯示。

2)應用價值。首先，效率高。和傳統(tǒng)測量技術(shù)對比中，發(fā)現(xiàn)GPS RTK技術(shù)具有高強度測量優(yōu)勢。即在地質(zhì)環(huán)境勘察中，現(xiàn)代化RTK基站可對5 000 m半徑探測區(qū)予以測量，僅需1次測量結(jié)果方可明確地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，極大程度上降低測量設(shè)備、控制站安裝及布設(shè)量。總之，GPS RTK技術(shù)不僅可減少勘察人員工作量，還可縮減地質(zhì)調(diào)查周期，使其能夠在短期內(nèi)做好各項工作調(diào)查的意義和目標，真正實現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查效率高的優(yōu)勢。其次，定位精準。GPS RTK技術(shù)是以載波相位為基準，用于觀測點數(shù)據(jù)實時且動態(tài)定位的技術(shù)典型。即采用觀測站三維坐標點，同時實時定位分析的數(shù)據(jù)變化，將其精準至厘米級。若要在實際地質(zhì)調(diào)查中，將GPS RTK技術(shù)標準完全落實于實處，即可避免測量偏差，既是對傳統(tǒng)測量技術(shù)平面精度、高程精度的合理強化，又是避免數(shù)據(jù)誤差的核心途徑。再次，無間斷作業(yè)。相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)而言，GPS RTK技術(shù)無需遵循“兩點光學通視”原則，僅可依據(jù)電磁波通視、對空通視原理及相關(guān)標準，方可達到數(shù)據(jù)測量的目的。對此，水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中關(guān)于GPS RTK技術(shù)的運用，可在外界因素無干擾的條件下，貫徹落實24 h無間斷作業(yè)的目的。最后，自動化作業(yè)。針對水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作，GPS RTK技術(shù)可用于對多種環(huán)境下測繪作業(yè)工程，以人為誤差降低或控制的手段，提升數(shù)據(jù)測繪精準度。此外，借助專業(yè)軟件運行的測繪功能，以其多元化的優(yōu)勢做好自動化測繪作業(yè)。

3 水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK技術(shù)的具體運用

GPS系統(tǒng)以新興技術(shù)的層面，經(jīng)多年探索與更新的角度，取得顯著進步，并在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域中起到?jīng)Q定性作用，如在環(huán)境污染、碳氫污染物等勘探領(lǐng)域中對GPS RTK技術(shù)的應用。

1)環(huán)境污染。據(jù)權(quán)威部門調(diào)查結(jié)果證明，于地質(zhì)環(huán)境污染中GPS RTK技術(shù)的選擇，能夠在精準數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)上，及時將數(shù)據(jù)傳輸至管理部門，便于工程人員數(shù)據(jù)分析與研究工作的進行，以期在短期內(nèi)尋找地質(zhì)環(huán)境污染制因，并制定解決對策。而若要做好該項工作，筆者建議應從以下事項出發(fā)：結(jié)合集裝箱的使用，開展GPS RTK技術(shù)試驗工作，其試驗結(jié)果是對GPS RTK技術(shù)應用價值的真實反映；待試驗表明相鄰區(qū)域無污染趨勢時，倘若需對潛水面進行探測，則可通過GPS RTK技術(shù)觀察懸浮于潛水面污染顆粒物；若污染物呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，則難以對潛水面實施探測，但卻可獲取準確性水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)。

例如：A硝化纖維廠，地處石灰?guī)r區(qū)域。由于污水泄露發(fā)生地質(zhì)環(huán)境污染問題，即硝化纖維為主要污染源。為實現(xiàn)潛水面、地表水、巖溶等結(jié)構(gòu)硝化纖維的測量工作，則于井下布設(shè)雷達鉆孔，即30 m鉆孔15個、50 m鉆孔6個，依據(jù)常規(guī)資料收集處理模式，以“HK疊加法”作為應用基準，繪制三維數(shù)據(jù)圖。通過該種方式的運用，可以圖像重建為核心，將探測深度控制在10 m，隨后利用后續(xù)硝化纖維污染點的開挖，對地質(zhì)環(huán)境污染問題予以根本上解決，即表明GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，具有顯著探測效果。

2)碳氫污染物。GPS RTK在水工環(huán)地質(zhì)勘查中的應用價值，是其余勘查技術(shù)所不具備的。在野外勘查中，GPS系統(tǒng)能夠以自身獨特優(yōu)勢，在短時間內(nèi)確保地質(zhì)勘探結(jié)果的精準度。為證實該項觀點，國內(nèi)外某學者開展GPS RTK野外勘查實驗，即選用4 m×0.4 m×0.5 m集裝箱開展試驗調(diào)查工作。為進一步分析GPS RTK技術(shù)于碳氫污染物探測領(lǐng)域的應用效能，通過撂型雷達的使用，以水文參數(shù)、雷達響應間對比處理的模式，完成試驗。從而得出如下結(jié)論污染物處于飽和狀態(tài)時，GPS RTK技術(shù)難以對潛水面予以探測；相鄰區(qū)域點零污染條件下，GPS RTK技術(shù)在潛水面污染物探測中存在較高價值；試驗項目的開展，主要針對沙質(zhì)土壤進行探測、驗證工作。于多元化水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對毛細水頭、羽狀污染物等傳播速率進行針對性把控，如在石油污染(如圖1所示)探測案例中，對GPS RTK技術(shù)的科學運用。

若要做好以GPS RTK技術(shù)為核心的石油污染探測工作，則應做好三項流程步驟，即準備、參數(shù)轉(zhuǎn)換、施測。其中準備為：對石油污染勘測區(qū)平面資料、高程資料予以收集，以資料控制點的明確對測取內(nèi)控制點予以確定；完成基站、流動站參數(shù)布設(shè)工作，并保證二者數(shù)據(jù)一致。參數(shù)轉(zhuǎn)換：以資料收集的指標參數(shù)為基準，做好坐標系、高程點間公共點的篩選，并在參數(shù)轉(zhuǎn)中對測區(qū)分布態(tài)勢、控制點基數(shù)進行均勻布設(shè)，以此能夠通過GPS軟件操作實現(xiàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換的目的。施測：本次實驗采用徠卡1200型動態(tài)GPS-RTK施測設(shè)備，其具有低高度角和快速跟蹤、更新快與抗干擾等多項優(yōu)勢，并早動態(tài)檢測中精準度可達至±5 mm+1 ppm×D(D為基線長度)，即在幾秒內(nèi)均可實現(xiàn)RTK測量的目的，于15 000 m內(nèi)準確度可高達99.9%。

4 結(jié)語

鑒于科技水平的穩(wěn)步提升，多元化、現(xiàn)代化探測技術(shù)在各領(lǐng)域中得以全面運用。以水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作為例，工作人員若要從根本上確?？辈焖脚c質(zhì)量，強化工作效率，則應對先進技術(shù)、先進設(shè)備予以科學探究，以優(yōu)化創(chuàng)新的層面，為國內(nèi)水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作的施行創(chuàng)造條件，確保其穩(wěn)定發(fā)展的步調(diào)。此外，GPS RTK技術(shù)以效率高、定位精準、無間斷作業(yè)以及自動化作業(yè)的優(yōu)勢，在環(huán)境污染和碳氫污染物、區(qū)域水文地質(zhì)與安全檢查等領(lǐng)域得以運用。

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ApplicationofGPSRTKingeologicalinvestigationofhydraulicring

GaoRui

(ShanxiSecondHydrogeologyandEngineeringGeologyTeam,Houma043000,China)

This paper first analyzes the GPS technology, RTK technology, RTK technology and the GPS application in hydrogeology survey and working principle are discussed, finally expounded the specific application of GPS RTK technology in hydrogeology survey, and puts forward the future hydrogeology survey in GPS RTK should pay attention to the problem.

hydraulic ring geology, GPS RTK technology, application

P624

A

1009-6825(2017)26-0198-03

2017-07-09

高 銳(1979- ),男,助理工程師