趙 浩

（商洛西北有色七一三總隊(duì)有限公司，陜西 商洛 726000）

地質(zhì)勘查是很多行業(yè)開展工作的必要過程，利用傳統(tǒng)方法對地質(zhì)進(jìn)行勘查時(shí)，需要在勘查范圍內(nèi)設(shè)置多個(gè)控制點(diǎn)，基于這些控制點(diǎn)開展相關(guān)的勘查工作[1]。為順利地開展地質(zhì)勘查工作，所設(shè)置的控制點(diǎn)必須滿足很好的通視條件要求，且需要在規(guī)定的氣候條件和時(shí)間范圍內(nèi)開展地質(zhì)勘查工作，其勘查條件相對苛刻，對地質(zhì)勘查工作的質(zhì)量和效率造成一定的制約，無法滿足現(xiàn)代社會高效率的勘查需求[2]，導(dǎo)致特殊情況下需要對樹木進(jìn)行砍伐，破壞環(huán)境。總體而言，傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查方法存在效率低、費(fèi)用高、耗時(shí)長等缺點(diǎn)。在此背景下，人們將GPS-RTK測量技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)勘查工作中，顯著提升地質(zhì)勘查工作的質(zhì)量和效率，取得很好的實(shí)踐應(yīng)用效果[3]。本文主要分析地質(zhì)勘查工作中GPS-RTK測量技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用情況，對于提升地質(zhì)勘查質(zhì)量和效果具有一定的實(shí)踐意義。

1 GPS-RTK測量技術(shù)工作原理和流程

1.1 基本工作原理分析

GPS-RTK測量系統(tǒng)總共由三大部分構(gòu)成，分別為通信系統(tǒng)、基準(zhǔn)站和流動站，其中基準(zhǔn)站和流動站中均需要配備一個(gè)GPS接收機(jī)，因此，測量系統(tǒng)配備兩個(gè)以上的接收機(jī)。如圖1所示為GPS-RTK測量技術(shù)的基本工作原理示意圖。GPS主機(jī)的作用是不斷地監(jiān)測可見的衛(wèi)星?；鶞?zhǔn)站獲得的信號通過發(fā)射電臺傳輸給無線電設(shè)備，再將其傳輸至用戶站。流動站一方面接受自身接收機(jī)所采集到的信號，同時(shí)接收基準(zhǔn)站發(fā)射出來的衛(wèi)星信號。移動站接收到以上數(shù)據(jù)信息后，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步的分析整理，將分析整理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破髦羞M(jìn)行深入地分析和計(jì)算。控制器分類所有的數(shù)據(jù)信息，辨別哪些信息是基準(zhǔn)站接收的信息，哪些信息是從外部傳入的信息。基于兩種數(shù)據(jù)之間的差別，計(jì)算得到流動站與基準(zhǔn)站中間的距離，從而達(dá)到測繪的目的。

圖1 GPS-RTK測量技術(shù)原理圖

1.2 測量工作流程

（1）測量前的準(zhǔn)備工作。正式開展GPS-RTK測量之前，對待測量的區(qū)域進(jìn)行實(shí)地勘查，分析待勘查的地形特點(diǎn)，分析前期設(shè)定的基準(zhǔn)點(diǎn)是否合適。通常情況下將高度截止角設(shè)置成10°，流動站和基準(zhǔn)站的采樣頻率分別設(shè)置為4.5s和1.5s。在軟件中設(shè)置好放樣點(diǎn)的線路及其具體坐標(biāo)。

（2）工作區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算?；贕PS-RTK測量技術(shù)的坐標(biāo)系和地質(zhì)勘查的坐標(biāo)系存在差異，其中前者采用的是WGS-84坐標(biāo)系，后者采用的是標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。需要對兩個(gè)坐標(biāo)系中的參數(shù)進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換?；贕PS-RTK測量技術(shù)獲得的是該坐標(biāo)體系中的坐標(biāo)數(shù)值，需要基于內(nèi)置的算法將其實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變成為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。該參數(shù)轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)非常重要，其直接對地質(zhì)勘查結(jié)果的質(zhì)量和精度造成影響。

（3）基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置與測量。為確保測量過程的效率及測量結(jié)果的精度，在選擇基準(zhǔn)站時(shí)必須遵循相關(guān)的原則，主要包含以下幾點(diǎn)：第一，基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)應(yīng)該容易測量或者直接設(shè)置在已知坐標(biāo)上；第二，優(yōu)先將基準(zhǔn)站設(shè)置在干擾量少、地勢高、交通便利等位置，這樣可以提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量，方便后續(xù)工作的開展；第三，為避免數(shù)據(jù)鏈在進(jìn)行無線傳輸時(shí)發(fā)生丟失或者產(chǎn)生多路徑效應(yīng)等問題，在基準(zhǔn)站周邊200m范圍內(nèi)不得出現(xiàn)干擾源，且附近范圍內(nèi)不要出現(xiàn)GPS反射源；第四，考慮到衛(wèi)星的實(shí)際工作情況，在設(shè)置基準(zhǔn)站天線時(shí)，將其設(shè)置在GPS接收機(jī)的北側(cè)位置。

2 GPS-RTK測量技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

地質(zhì)勘查是一項(xiàng)非常系統(tǒng)和復(fù)雜的工程項(xiàng)目，需要開展鉆探、測繪、采樣測試等一系列工作，對勘查區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)情況、巖石情況、地層構(gòu)造情況、地下水情況等進(jìn)行全面系統(tǒng)地調(diào)查研究。其中很多工作都可以利用GPS-RTK測量技術(shù)來完成，通過該技術(shù)提升測量過程的質(zhì)量和效率。以下簡要分析地質(zhì)勘查工作中GPS-RTK測量技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用情況。

2.1 地形測量

所謂地形測量就是通過專業(yè)的測量儀器和工具，測量地面上的一些特殊位置，獲得重要位置的標(biāo)高等信息，并按照一定的比例對圖形進(jìn)行縮小，用特殊符號標(biāo)記地面上的物體。以往主要是利用全站儀測量法對地形進(jìn)行測量，這種方法受透視條件的限制，對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，且在地形測量中不斷地移動儀器設(shè)備，測量過程需要花費(fèi)很長時(shí)間和大量的人力?；贕PS-RTK測量技術(shù)對地形進(jìn)行測量時(shí)，只需要在測量系統(tǒng)中設(shè)置好坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。利用該系統(tǒng)同時(shí)對不同區(qū)域開展測量工作，使勘查不受通視條件限制，顯著提升測量過程效率和質(zhì)量，同時(shí)，降低人工成本。

2.2 地質(zhì)填圖

地質(zhì)填圖是地質(zhì)勘查工作中的重要組成部分，主要是基于地質(zhì)學(xué)方法對勘查區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況包括泉、井等進(jìn)行觀察和測量，將測量結(jié)果編制成地質(zhì)圖或相關(guān)文件。以往的測量主要是基于GPS技術(shù)開展靜態(tài)觀測，持續(xù)很長時(shí)間才能得到每個(gè)觀測點(diǎn)的結(jié)果，并且，觀測點(diǎn)分布密度會對最終結(jié)果精度產(chǎn)生直接影響，整個(gè)測量過程非常耗時(shí)。而基于GPS-RTK測量技術(shù)開展地質(zhì)填圖工作時(shí)，只要基準(zhǔn)站的位置設(shè)置合理，可以對大面積區(qū)域開展測量工作，擴(kuò)大了測量范圍。測量人員可以利用特殊的交通工具攜帶流動站依次對不同的測量目標(biāo)進(jìn)行測量。測量結(jié)果是經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，可以直接使用。

2.3 勘探線剖面測量

在開展地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作時(shí)，通常需要布設(shè)勘探線。工作人員首先在地圖上標(biāo)定勘探線的位置和方向，然后在實(shí)際地形中根據(jù)地圖標(biāo)記結(jié)果，沿著勘探線開展礦產(chǎn)勘查工作。以往的勘探線剖面測量方法主要是在勘探線上設(shè)置控制點(diǎn)，在這些控制點(diǎn)上設(shè)置全站儀開展測量工作。這種測量方法不僅得到的測量結(jié)果質(zhì)量低，誤差較高，且工作效率低。基于GPS-RTK測量技術(shù)對勘探線剖面進(jìn)行測量時(shí)，不會受到通視條件的影響，整個(gè)過程可以實(shí)現(xiàn)全自動化測量，降低人為操作時(shí)產(chǎn)生的誤差。測量精度與傳統(tǒng)方法的勘查效果相比較，其提升的效果明顯。

2.4 放樣

在對地質(zhì)進(jìn)行勘查時(shí)，需要在對應(yīng)位置進(jìn)行鉆孔取樣，并對巖石進(jìn)行分析，從而獲得勘查區(qū)域的地質(zhì)情況?；贕PS-RTK技術(shù)來完成放樣工作，比傳統(tǒng)方法效果更好。比如，某新建的煤礦需要對回風(fēng)井井筒附近的地質(zhì)情況進(jìn)行檢查，在煤礦人員提供的回風(fēng)井相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，利用GPS-RTK技術(shù)在井口附近完成了放樣工作，其中鉆孔位置距離井口約10m～25m。以上放樣工作全部由系統(tǒng)自動化完成，工作效率高。

3 應(yīng)用案例分析

根據(jù)實(shí)際工作要求，需要對某礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘查，需要勘查的面積大約為1km2，勘查區(qū)域交通情況便利，屬于山區(qū)的中部位置，但山區(qū)地勢不高。通過前期調(diào)研，勘察發(fā)現(xiàn)礦區(qū)整體上呈現(xiàn)出“V”字型的溝谷發(fā)育，平均坡度達(dá)到25°，且地面上生長有很多毛竹植物。河床標(biāo)高、最高海拔標(biāo)高以及地勢比高分別為200m、450m和350m。

在整個(gè)勘查范圍內(nèi)設(shè)置三個(gè)GPS點(diǎn)，將這些點(diǎn)全部設(shè)置為控制點(diǎn)，將其中1個(gè)控制點(diǎn)設(shè)置成為基準(zhǔn)站。利用流動站對WGS-84坐標(biāo)體系中的平面坐標(biāo)和大地高坐標(biāo)進(jìn)行測量，并將其轉(zhuǎn)變成為普通坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值。整個(gè)測量過程嚴(yán)格按照相關(guān)的測量標(biāo)準(zhǔn)開展。巷道、槽探端點(diǎn)和地質(zhì)關(guān)點(diǎn)的放樣鉆孔測量，利用GPS-RTK技術(shù)在以上測量區(qū)域內(nèi)生成鉆孔放樣點(diǎn)，獲得鉆孔點(diǎn)后基于全站儀開展鉆孔測量工作。整個(gè)放樣鉆孔過程嚴(yán)格按照初測、復(fù)測和終測的流程執(zhí)行。

測量精度檢測：驗(yàn)證基于GPS-RTK測量技術(shù)的檢測精度和有效性，在本案例中基于三種不同的方式對地質(zhì)進(jìn)行勘查，對比分析檢測精度。第一，選取三個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)，通過移動站這些坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行檢測，獲得數(shù)據(jù)后將其與已知坐標(biāo)值進(jìn)行對比分析；第二，在相同已知點(diǎn)上，在不同時(shí)間段對其進(jìn)行檢測，獲得檢測結(jié)果，分析不同測量時(shí)間對檢測結(jié)果精度的影響，共計(jì)進(jìn)行23次測量工作；第三，利用傳統(tǒng)的測量工具對兩個(gè)相鄰控制點(diǎn)之間的高度差值以及距離進(jìn)行檢測，將其與基于GPS-RTK的測量技術(shù)獲得的結(jié)果進(jìn)行對比分析，共計(jì)測量32個(gè)控制點(diǎn)。通過以上三種方式共進(jìn)行58個(gè)控制點(diǎn)的對比分析工作，發(fā)現(xiàn)基于GPSRTK測量技術(shù)的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果基本一致，其中高程精度和平面精度誤差分別控制在0.11m和0.18m范圍以內(nèi)，完全達(dá)到實(shí)際使用要求。

4 GPS-RTK測量技術(shù)應(yīng)用中的問題及注意點(diǎn)

4.1 存在的問題

與傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查方式相比較，基于GPS-RTK的測量技術(shù)不管是在勘查質(zhì)量方面，還是效率方面均有一定程度的提升。但是在實(shí)踐應(yīng)用過程中，這種技術(shù)仍然存在不足之處，限制了技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。存在的問題主要為測量誤差，實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)站和移動站之間的距離越遠(yuǎn)，則測量精度越低，測量時(shí)產(chǎn)生的誤差越大。主要原因是GPS主機(jī)和衛(wèi)星在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，信號穿過大氣層尤其是穿過對流層、軌道層和電離層時(shí)，受到其他因素的干擾，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所以為提升地質(zhì)勘查的精度，在利用GPS-RTK測量技術(shù)開展地質(zhì)勘查工作時(shí)，對基準(zhǔn)站和移動站之間的距離進(jìn)行嚴(yán)格控制。

4.2 需要注意的關(guān)鍵事項(xiàng)

根據(jù)上述的分析結(jié)果可知，基于GPS-RTK測量技術(shù)開展地質(zhì)勘查工作時(shí)，基準(zhǔn)站的設(shè)置質(zhì)量會對測量結(jié)果和過程產(chǎn)生直接影響，因此，在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)，強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：第一，基準(zhǔn)站的設(shè)置必須遠(yuǎn)離干擾源，防止信號傳輸時(shí)受到干擾源的影響，對測量結(jié)果精度造成不良影響；第二，基準(zhǔn)站與移動站之間不得存在較大的阻礙物，比如很高的山峰，因?yàn)楦呗柕纳椒鍟绊懶盘柕膫鬏?；第三，不管是基?zhǔn)站，還是移動站，都應(yīng)該設(shè)置在地勢較高的位置，確保信號傳輸效果。

5 結(jié)語

地質(zhì)勘查是很多重大工程項(xiàng)目或者基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目正式施工前需要開展的基礎(chǔ)性工作，主要目的是對相關(guān)區(qū)域內(nèi)的地形及地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)檢查。傳統(tǒng)方法開展地質(zhì)勘查工作時(shí)不僅花費(fèi)時(shí)間較長，且測量的質(zhì)量和精度均較差?；贕PS-RTK測量技術(shù)開展地質(zhì)勘查工作時(shí)，整體工作效率有很大提升，且測量的質(zhì)量和精度與傳統(tǒng)方法相比有一定程度的提升。但利用GPS-RTK測量技術(shù)時(shí)，需要合理地選擇基準(zhǔn)站的位置，并嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作，才可以得到理想的結(jié)果。