姜福紅

（山東省魯南地質工程勘察院（山東省地勘局第二地質大隊），山東 濟寧 272100）

水工環(huán)地質主要包括水文、工程和環(huán)境地質。其主要勘查對象有水文相關的地質條件、地形、地貌、地層巖性、地質構造以及環(huán)境地質問題等。這對于協(xié)調經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護有著不可忽視的作用。隨著國家對于環(huán)境保護的愈發(fā)重視和科學技術水平的不斷發(fā)展，衛(wèi)星技術（GPS）和載波相位分差技術融合起來，形成GPSRTK技術，被越來越多地應用于水工環(huán)地質勘查中。RTK系統(tǒng)所使用的個差分法計算原理可以降低測量中所產(chǎn)生的誤差，加之自身所具有的自動化高效作業(yè)的特性，GPSRTK在水工環(huán)地質勘探中的應用正處于朝陽般上升的態(tài)勢。

1 GPSRTK基本工作原理

1.1 GPSRTK系統(tǒng)簡述

GPSRTK由GPS（全球定位系統(tǒng)）和RTK（實時動態(tài)）系統(tǒng)組合而成，是一種新的常用的GPS測量方法，無須再像之前一樣進行事后的解算來得到一個較為精確的答案。RTK搭載載波相位動態(tài)實時差分法，簡而言之就是在兩部能夠接收到GPS的系統(tǒng)之間插入一個無線電通信系統(tǒng)，將其構成一座“通訊臺”整體。通過這個系統(tǒng)的電臺，在原點的接收機上觀測數(shù)據(jù)和所需相關變化信息，測站點的數(shù)據(jù)傳輸給流動站（移動站）。在移動站，從基準站傳來的載波信號和流動站測出的載波信號進行差分處理，解算出兩站之間的基線向量。此時GPSRTK系統(tǒng)就會根據(jù)提前確定相關地質條件的坐標轉化和投影參數(shù)，計算得到流動站的三維坐標數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和實際有誤差，RTK系統(tǒng)也會通過GPS進行自我修正。

1.2 GPSRTK系統(tǒng)誤差分析

GPSRTK系統(tǒng)具有操作便捷、環(huán)境限制條件少，精度較高的特點，但是其也會在特點環(huán)境下產(chǎn)生工程中無法接受的誤差。其主要的誤差來源有三點，分辨是GPS星歷，和信號傳播過程中，以及其他外部因素產(chǎn)生的影響。其中外部因素影響主要包括四點偶然誤差。

圖1 GPSRTK系統(tǒng)誤差產(chǎn)生來源示意圖

馮文軍曾在某地區(qū)防洪抗汛工程測繪中使用的GPSRTK技術測量探究其精度[2]，通過誤差傳播定律可以計算出，測點精度的平方等于基準站架設中產(chǎn)生的誤差的平方與GPS接收機的標稱精的平方、數(shù)據(jù)解算軟件精度的平方和對中桿誤差平方的四者之和。當測量距離大于四千米時五等導線的限差大于測點的總誤差之和。

2 GPSRTK系統(tǒng)的優(yōu)勢和應用價值

2.1 GPSRTK技術的優(yōu)勢

GPSRTK技術在水工環(huán)地質勘查中有著其他技術難以企及的優(yōu)勢條件。其高自動化機械化特點較傳統(tǒng)測量方式相比可以大大提高測量的測量效率，不用繁瑣的測量設備并且投入大量的人力物力。與此同時，測量的周期也會被縮短，短時高效省力成為GPSRTK最具競爭力的優(yōu)勢之一。而RTK中的載波相位實時差分法基于全球定位系統(tǒng)，可以對測試點進行實時、動態(tài)的測試，精確到厘米級別，省去傳統(tǒng)測量技術所需的后期繁瑣計算和單一的、靜態(tài)的測量模式，更符合現(xiàn)代化測量施工要求，對水工環(huán)地質勘查的發(fā)展、綠色生態(tài)可持續(xù)有著重要的意義。同時，這項技術還可以全天候不間斷持續(xù)運行，外界限制、影響因素少，這也是GPSRTK技術近些來的得到業(yè)界廣泛認可并推廣使用的優(yōu)勢之一。

表1 GPSRTK技術在水工環(huán)地質勘查中的應用價值

2.2 GPSRTK技術在水工環(huán)地質勘查中的應用價值

GPSRTK技術運用到水工環(huán)地質勘查中，主要體現(xiàn)在四方面的應用價值：時間效率、精度要求、限制因素、高自動化。

3 GPSRTK技術在水工環(huán)地質勘查中的具體運用

GPSRTK技術現(xiàn)如今正愈發(fā)步入成熟，應用的范圍越來越廣。在水工環(huán)地質勘查中GPSRTK技術的應用，本文主要從目前已經(jīng)發(fā)展相對成熟的環(huán)境、碳氫化合物污染和水文雷達等領域中的具體運用分析。

3.1 GPSRTK技術在環(huán)境污染勘查中的具體運用

現(xiàn)如今GPSRTK技術在環(huán)境污染勘測領域中已經(jīng)是主要技術之一。其測量數(shù)據(jù)的精準性是其在這項勘測中發(fā)揮出的最大優(yōu)勢。環(huán)保有關部門人員根據(jù)其上傳的數(shù)據(jù)可以進行進一步處理，找到污染源頭并且尋求解決之道。為了確保其數(shù)據(jù)的可靠性，在環(huán)境污染勘測中運用GPSRTK技術還要結合集裝箱來使用。而在處理污染區(qū)域時需要小心的是，必須確定相鄰區(qū)域的污染情況。

賈邦中發(fā)表的一篇文章中介紹了一個硝化纖維廠的污區(qū)域GPSRTK技術的具體運用[3]：山東某石灰?guī)r地層區(qū)域的硝化纖維廠泄露化學污水引發(fā)的地質環(huán)境問題中，對水質調查使用GPSRTK技術的實例。其主要污染物是硝化纖維，所以需要對潛水層以及地表水等水層測定纖維含量。雷達鉆孔收集數(shù)據(jù)后繪制數(shù)據(jù)圖，以GPSRTK技術數(shù)據(jù)為基準重建圖像來實現(xiàn)解決污染問題的方案設計，后續(xù)在施工過程中按照計劃嚴格執(zhí)行，達到了預期的治理效果。

3.2 GPSRTK技術在南極凍土安全檢查中的具體應用

南極中的凍土是一種較為復雜的地質條件，在極低溫度下含有冰的巖石和土壤，長期強度非常低，所以在凍土區(qū)修筑工程時必須要對凍土進行安全檢查?？茖W家們現(xiàn)如今已經(jīng)把GPSRTK技術應用到其中。倘若地下冰層存在有消融、融化的跡象，會影響科學勘查的場所，如果凍土強度不夠，建筑物就會下沉塌陷。GPSRTK技術就可以對科學家建立的勘查基站進行調查測量，這是一種傳統(tǒng)測量方法難以完成的測量任務，可以確保科學實驗和研究的安全。

3.3 GPSRTK技術在碳氫污染物勘測中的應用

碳氫污染物的勘測特征之一就是需要長時間在野外工作，這既增加了勘查難度，也提高了勘查的人力物力成本。但是GPSRTK技術就很好地解決了這一難題。碳氫污染物的代表就是石油污染，在高銳發(fā)表的《水工環(huán)地質勘查中GPSRTK技術的應用》[1]中有對于勘查石油污染的三步：①收集相關污染地區(qū)的資料，繪測待測點位置，根據(jù)GPSRTK技術要求設計基準、流動站。調整參數(shù)，準備測量。②以參數(shù)信息為基準建立坐標系，對有價值的數(shù)據(jù)進行篩選和分析。③觀測目標位置。常用的施測設備是徠卡1200型動態(tài)GPSRTK施測儀，其具有角度范圍大，動態(tài)檢測中精度高、時間短以及抗干擾能力強等優(yōu)點。

4 結語

GPSRTK作為新興的測量技術手段，在水工環(huán)地質勘查中具有十分廣闊的應用前景。其時間效率高、探測精度準、限制因素少和自動化、適應性水平高等特性使之逐漸成為目前最具潛力的探測技術之一，目前國內許多工程探測單位都開始逐步引入GPSRTK技術。而水工環(huán)地質調查對于我們國家的環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展又有著不言而喻的作用，將GPSRTK技術應用于水工環(huán)地質勘查中，提高了勘查的效率、效果，長遠來看更有利于我們國家的環(huán)境保護發(fā)展，是一門有待進一步發(fā)展的現(xiàn)代化、高科技技術，具有光明的未來。