李蓬勃，周 娟，陳傳剛，付明祥，黃德勝

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

在礦山測量中，傳統(tǒng)的測量手段在應(yīng)用過程中很容易受到地形地貌以及氣候條件等方面因素的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性，而應(yīng)用GPS技術(shù)，受自然因素的影響較小，能夠最大限度的提高測量的精度和測量的效率，可以有效保障測量的成果質(zhì)量[1]。白土坡礦區(qū)面積約2.92km2，在此開展的是1∶2000數(shù)字化地形圖測量，大比例尺地形測量是一個較為困難的工程，地形的高度和坡度都將影響測量的精度，同時，人工測量方法也會直接降低工程效率，增加測量成本[2]，而采用GPS-RTK技術(shù)，則能有效改善這一弊端， 在提升測量精準(zhǔn)度的同時， 彌補常規(guī)測量作業(yè)效率低、作業(yè)量大等的不足，對礦區(qū)測量作業(yè)整體質(zhì)量的提升有著積極意義[3]。

1 測區(qū)概況

白土坡鉀長石礦區(qū)位于河南省澠池縣大水溝村，該礦區(qū)屬半干旱大陸氣候區(qū)，夏季炎熱，冬季寒冷，年平均氣溫12.3℃，年平均降雨量664mm，地貌屬低山—丘陵區(qū)，山間溝谷較發(fā)育。最高海拔位于測區(qū)西北側(cè)山頂，高程1 055m，最低海拔位于測區(qū)東南部溝底、高程608m，最大相對高差447m，一般相對高差在300m左右。區(qū)內(nèi)東部植被不太發(fā)育，基巖大多裸露，西部植被茂密，以灌木為主。礦區(qū)與義馬市區(qū)、澠池縣城均有鄉(xiāng)級水泥、碎石公路相通，交通條件較為便利。

2 礦區(qū)測量實踐

2.1 控制測量

2.1.1 首級控制

根據(jù)已有資料，該礦區(qū)控制以賀莊礦區(qū)原有控制點“HZ01”、“HZ02”和普查原有控制點“IX-29”為首級控制。在首級控制的基礎(chǔ)上，為滿足礦區(qū)測圖及工程測量的需要，加密布設(shè)了5個I級控制點，編號分別為RC01、RC02、RC03、RC04、RC05，控制點均為刻石。

控制測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用經(jīng)鑒定合格的中海達V30型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(儀器標(biāo)稱精度為水平±10mm+1PPM、垂直±20mm+1PPM)。本礦區(qū)收集信號較差，不宜采用網(wǎng)絡(luò)RTK，觀測時采用單基站模式，基站架設(shè)在測區(qū)附近地勢較高處，儀器開機初始化后，當(dāng)GPS信號正常、接收數(shù)據(jù)為固定解狀態(tài)且HRMS≤0.03、VRMS≤0.05時，以控制點“HZ01”、“HZ02”進行約束、用“IX-29”進行檢查。經(jīng)檢核礦區(qū)原有的控制網(wǎng)內(nèi)部精度良好(表1)。

表1 原有控制點精度統(tǒng)計 (單位：m)

2.1.2 加密控制

當(dāng)首級控制不能滿足地形測量及礦山詳查階段工程測量的需要時，直接在首級控制點基礎(chǔ)上加密圖根點。圖根點的三維坐標(biāo)觀測也使用中海達V30型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機，采用對中桿平滑10s觀測一個時段，直接將圖根點的三維坐標(biāo)儲存在觀測手簿中。

2.2 地形測量

為確保測區(qū)整體精度和按期提交測繪成果，測量項目部采用了目前測繪行業(yè)最先進的測量設(shè)備RTK進行碎部點坐標(biāo)采集。采用RTK進行測量，不僅減少了架站的次數(shù)，而且能確保測區(qū)的整體精度，它的最大優(yōu)點是在施測的過程中，借助GPSRTK技術(shù)能直接通過基準(zhǔn)站和流動站計算出礦區(qū)內(nèi)各點的沉降和水平位移情況， 使得作業(yè)流程大幅簡化， 作業(yè)強度大幅降低[4]?；九c移動站之間不需要通視，每一待測點只需觀測5s左右就可完成數(shù)據(jù)采集工作，而且能實時得出待測點的三維坐標(biāo)。

測圖時各測繪組以路、河、山脊等為界，以自然地塊進行分塊測繪。外業(yè)觀測時，基站架設(shè)在測區(qū)內(nèi)海拔較高的地方，確保GPS信號良好、通訊暢通。儀器開機初始化后，當(dāng)接收數(shù)據(jù)為固定解狀態(tài)且HRMS≤0.03、VRMS≤0.05時，用已知控制點進行較正、檢查。在精度滿足規(guī)范要求后進行碎部點三維坐標(biāo)采集，組長根據(jù)點號現(xiàn)場繪制草圖。

野外作業(yè)時對于測區(qū)內(nèi)的村莊，以圈范圍的形式進行了分塊測繪，即相連或間距＜2m的房，準(zhǔn)確測定其外圍邊界，以小比例尺房屋符號成塊表示，并將名稱標(biāo)注于圖上。測區(qū)內(nèi)主要道路實測其一邊，量取寬度，用雙線表示，對于寬度＜2m的道路均測其中心線，用單線小路表示。永久性的電力線、通信線桿準(zhǔn)確測定其實際位置，并在桿架處用箭頭繪出線路走向，保證各種線路、線類標(biāo)示分明，走向連貫。對測區(qū)內(nèi)的池塘、井等均準(zhǔn)確測繪。陡坎在測區(qū)占了一定的比例，多分布在水田中，故進行了適量的取舍，一般取大舍小。對測區(qū)內(nèi)的河流均實測其河坎位置，用示向箭頭表示其流向。

內(nèi)業(yè)采用CASS7.0數(shù)字成圖軟件進行繪圖。該軟件采用AutoCAD2004為操作平臺，軟件系統(tǒng)技術(shù)先進，功能強大、適應(yīng)面廣、性能穩(wěn)定。把野外觀測的坐標(biāo)數(shù)據(jù)從GPS手簿中拷貝到電腦上，在成圖軟件中把坐標(biāo)展繪出來，根據(jù)外業(yè)草圖和點號，選擇相應(yīng)的地形圖圖式符號在電腦上繪制平面圖。內(nèi)業(yè)成圖時各測繪組之間互相協(xié)商，相同的地物均采用相同的線性符號、相同的圖層，使圖面整潔一致，繪制的地形圖見圖1。

圖1 河南澠池白土坡礦區(qū)陶瓷用鉀長石砂巖礦地形圖

2.3 工程測量

2.3.1 剖面測量

根據(jù)地質(zhì)技術(shù)人員提供的設(shè)計剖面資料，室內(nèi)在電腦中用繪圖軟件提取設(shè)計剖面線首尾兩點的坐標(biāo)。然后利用RTK中自帶的線放樣程序，把各剖面點在實地測放出來，并做好標(biāo)注和記錄。剖面點位置確定后，利用RTK自帶的坐標(biāo)采集功能測定其三維坐標(biāo)，并將坐標(biāo)值儲存在RTK手簿中。內(nèi)業(yè)時，將RTK手簿中各剖面點的三維坐標(biāo)拷貝到電腦中，在電腦中采用專業(yè)成圖軟件將各剖面點展繪出來，然后在電腦中直接量取各剖面點到起算點的水平距離及高差。相鄰剖面線的間距為400m。本次作業(yè)共施測剖面10條，共7 554m。

剖面線圖以IV線為例(圖2)。剖面線從平面和側(cè)面兩個角度在后期方便地質(zhì)人員在地形圖上圈定地質(zhì)界線和地質(zhì)礦床。

圖2 測區(qū)剖面線圖

2.3.2 地質(zhì)點測量

使用RTK，經(jīng)過初始化、坐標(biāo)校正、控制點坐標(biāo)檢核后，按照RTK自帶的數(shù)據(jù)采集程序，對地質(zhì)技術(shù)人員確定的地質(zhì)點的三維坐標(biāo)逐一進行測定；地質(zhì)點由專人負責(zé)做標(biāo)記，地質(zhì)技術(shù)人員跟隨記錄各點的相關(guān)信息。

3 應(yīng)用GPS-RTK注意的問題

GPS-RTK技術(shù)的特點在于穩(wěn)定性以及操作性強，操作過程簡單，適用范圍也比較寬[5]，但是在應(yīng)用過程中還應(yīng)注意以下問題。

(1)使用GPS-RTK技術(shù)作業(yè)時，需要對測區(qū)的作業(yè)環(huán)境進行全面掌握，盡量避開衛(wèi)星信號被遮擋、電磁干擾嚴重或電臺無線電傳輸被制約等地方，防止測量數(shù)據(jù)獲取不正常[6]。本次測量任務(wù)前，經(jīng)作業(yè)員實地調(diào)研，掌握了測區(qū)的作業(yè)環(huán)境。

(2)基準(zhǔn)站的選取是GPS-RTK測量作業(yè)得以達成的關(guān)鍵， 合理的站點選擇不僅能提升測量精確度還能大幅提升作業(yè)效率， 減少作業(yè)耗時[7]。基準(zhǔn)站電臺的天線應(yīng)架設(shè)在GPS接收機主機的北方以避開南北極附近衛(wèi)星的空洞區(qū)[8]，必須同時聯(lián)系跟蹤4顆以上衛(wèi)星，測量過程中不能對衛(wèi)星失鎖，否則重新初始化。因此，選擇地勢高且穩(wěn)固、開闊、交通便利的地方，利于電臺的作用距離，確保差分信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，方便基站的架設(shè)和搬運。完成一個點的全部觀測任務(wù)，并確保作業(yè)項目完全符合要求，記錄和資料完整無誤，再將點位標(biāo)志恢復(fù)原狀態(tài)才可進行遷站。需要說明的是，流動站和基準(zhǔn)站的距離應(yīng)＜10km，當(dāng)距離＞50km，誤差的相關(guān)性大大減少，以致差分后殘差很大，求解精度降低[9]。本次外業(yè)觀測時，基站架設(shè)在測區(qū)內(nèi)海拔較高的地方，確保GPS信號良好、通訊暢通。

(3)一般來說，導(dǎo)致地質(zhì)勘查結(jié)果出現(xiàn)嚴重誤差的首要因素是人為操作不當(dāng)或者是人為技術(shù)問題，因此，GPS-RTK技術(shù)對人員的要求是十分嚴格的，尤其是對核心的測繪人員來說，更應(yīng)該避免誤差的出現(xiàn)[2]。在作業(yè)前，作業(yè)員要保證電瓶電量充足、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備有足夠的存儲空間、保持接收機天線要垂直，等屏幕上顯示固定解后再記錄數(shù)據(jù)[10]，作業(yè)員應(yīng)嚴密注意儀器的警告信息，及時匯報和處理各種特殊情況。此次作業(yè)，選取的測量員經(jīng)驗豐富，多次參與礦山測量工作。

4 結(jié)語

利用GPS-RTK，將GPS與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，完成了河南澠池白土坡礦區(qū)1∶2000數(shù)字化地形測量、剖面線測量及礦山詳查等工作。該技術(shù)通過實時解算并進行數(shù)據(jù)處理，在1～2s時間內(nèi)得到高精度位置信息，其工作效率是傳統(tǒng)作業(yè)方法的3倍以上，加快了礦山勘查進程；其精度也為地質(zhì)技術(shù)人員勘查礦山提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。經(jīng)地質(zhì)勘查，白土坡礦床是河南省境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的沉積型鉀長石礦床，屬于新的成因類型，在國內(nèi)也是少見的礦床類型[11]，作為省稀少礦種重點項目，本文選擇以此礦區(qū)測量為例，具有代表性，通過對礦區(qū)的測量實踐，探討了應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)應(yīng)注意的問題，為國內(nèi)礦山測量工作提供借鑒。