譚建中

（湖南省地球物理地球化學(xué)勘查院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的提出，是建立在GPS定位技術(shù)基礎(chǔ)上的，其作用原理是將一部分儀器作為固定基準(zhǔn)站，另一部分作為流動(dòng)站進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)運(yùn)行軌跡進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，獲取更為精準(zhǔn)的定位信息。國(guó)外對(duì)于相關(guān)技術(shù)的研究起步較早，美國(guó)、日本、加拿大等一些發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼對(duì)GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)展開研究，主要集中在區(qū)域改正技術(shù)以及主輔站技術(shù)層面。我國(guó)相對(duì)于國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，起步時(shí)間相對(duì)較晚，但是在各界學(xué)者科研院校的努力下也取得了較為顯著的成績(jī)。

在技術(shù)發(fā)展過程中，逐漸應(yīng)用到礦山地質(zhì)測(cè)繪工程領(lǐng)域。文獻(xiàn)[1]根據(jù)GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了影響測(cè)繪精度的影響因素，并提出了相應(yīng)的解決措施，拓寬了數(shù)字地形測(cè)繪的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。文獻(xiàn)[2]將應(yīng)用范圍設(shè)定在水利工程中，利用GPSRTK測(cè)繪技術(shù)優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化了測(cè)繪部署方式，并提高了工作效率以及水利工程的整體質(zhì)量[2]。目前學(xué)術(shù)界關(guān)于將GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)，應(yīng)用到礦山地質(zhì)測(cè)繪工程領(lǐng)域的文獻(xiàn)并不是十分全面，需要進(jìn)一步深入探討。

1 礦山地質(zhì)測(cè)繪研究現(xiàn)狀

礦山地質(zhì)測(cè)繪工程主要是為了保證后續(xù)礦體開采工作的順利進(jìn)行，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)提供更準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相較于過去，礦山地質(zhì)測(cè)繪工作無論是效率還是準(zhǔn)確度都有較大幅度的提高，但是我國(guó)對(duì)煤炭資源的需求也越來越大，因此，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高[3]。礦山地質(zhì)測(cè)繪的研究?jī)?nèi)容主要集中在礦山地形測(cè)繪、數(shù)字地形測(cè)繪以及三維數(shù)字測(cè)量地圖等方面，目前學(xué)術(shù)界已經(jīng)積累了一些研究成果，但是還有較大的進(jìn)步空間。

2 GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)在礦山地質(zhì)測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 測(cè)量精度優(yōu)勢(shì)

相較于其他應(yīng)用到礦山地質(zhì)測(cè)繪中的技術(shù)手段，GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)具有更加顯著的測(cè)量精度，無論是在礦山的平坦地段還是地勢(shì)復(fù)雜的地段，都能為礦山測(cè)繪工程提供精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。在室外測(cè)繪的條件下，受通視條件以及勞動(dòng)強(qiáng)度的影響主要是依靠全站儀采集地形的三維空間數(shù)據(jù)，并加以測(cè)繪。主要包括礦山中的山谷點(diǎn)、洼地以及山頂?shù)?，這些地形的主要特點(diǎn)就是密度較大且分布不均勻，一旦脫離GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的支撐，面對(duì)礦山的地形起伏地段就難以繪制出精確的圖像[4]。運(yùn)用GPSRTK測(cè)繪技術(shù)，能有效避免測(cè)繪圖像不均勻的情況，并且能夠準(zhǔn)確反映得出礦體的分布密度以及高程，更加直觀地反映出礦山地勢(shì)的走向，具體測(cè)繪流程如下圖所示：

圖1 測(cè)繪流程圖

由圖1可以看出，礦山地形測(cè)繪流程的重點(diǎn)在于采集礦山地形影像數(shù)據(jù)以及匹配測(cè)繪的礦山地形。在室外測(cè)繪過程中，礦山底部的特征圖像是比較容易獲取的，而礦山頂部的地形特征，則需要依靠GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)獲取。由此可見，將GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到礦山地質(zhì)測(cè)繪工作中，具有測(cè)量精度更高的優(yōu)勢(shì)。

2.2 適用范圍優(yōu)勢(shì)

在礦山地質(zhì)測(cè)繪過程中，按照基本的測(cè)繪程序，必須要先進(jìn)行控制測(cè)繪條件，再進(jìn)行測(cè)圖處理的測(cè)繪步驟，并且測(cè)繪范圍有限。應(yīng)用GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)能夠有效擴(kuò)大測(cè)繪范圍，還可以將控制測(cè)繪條件和測(cè)圖步驟同時(shí)進(jìn)行[5]。GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的作用原理是在礦山的測(cè)繪地點(diǎn)內(nèi)配置相應(yīng)的基準(zhǔn)站接收機(jī)，然后利用可視衛(wèi)星信號(hào)，通過連續(xù)跟蹤觀測(cè)得到的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行篩選處理。結(jié)合定點(diǎn)觀測(cè)與流動(dòng)檢測(cè)信息，實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)觀測(cè)信息，并計(jì)算出礦山地形的三維坐標(biāo)與數(shù)據(jù)精度，并進(jìn)行立體空間定位[6]。在進(jìn)行礦山地質(zhì)測(cè)繪過程中融合GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)后，只需要準(zhǔn)備相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器，輸入待測(cè)繪的礦山地質(zhì)特征編碼。通過特定的微機(jī)記錄設(shè)備，將礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)記錄下來后，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息再進(jìn)行測(cè)繪。即便是地質(zhì)條件較為惡劣的礦山，也能夠準(zhǔn)確獲取測(cè)繪信息。除此之外，GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)還具備全天候?qū)Ш蕉ㄎ坏墓δ?，并且在全球范圍?nèi)都有較高的技術(shù)覆蓋能力，因此，GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)還具有適用范圍廣泛的優(yōu)勢(shì)。

2.3 可靠性優(yōu)勢(shì)

GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在礦山地質(zhì)測(cè)繪工作中，具有更加安全可靠的優(yōu)勢(shì)，在位置差分、載波相位差分以及偽距差分的信息發(fā)送方式上，具有測(cè)繪數(shù)據(jù)的連續(xù)性更好，并且安全性更高的特點(diǎn)。按照不同的測(cè)繪方式，可以劃分為單參考站局域差分方式、多參考站局域差分方式以及廣域差分方式。在傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)測(cè)繪工作中，一旦參考站之間的距離變大，則測(cè)繪數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)不同程度的丟失，導(dǎo)致整個(gè)測(cè)繪工作的準(zhǔn)確度降低并且拖長(zhǎng)了工作周期。而測(cè)繪結(jié)果一旦出現(xiàn)誤差，就會(huì)直接導(dǎo)致礦山地質(zhì)測(cè)繪工作的質(zhì)量，甚至影響后續(xù)礦產(chǎn)開采工作。GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)在發(fā)展過程中，技術(shù)的成熟性也更高，從一開始在小范圍內(nèi)的定點(diǎn)測(cè)繪，逐漸發(fā)展到在地勢(shì)復(fù)雜的礦山地質(zhì)測(cè)繪工程中，并且 能夠確保測(cè)繪數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。根據(jù)相關(guān)研究資料顯示，在相同的測(cè)繪場(chǎng)景下，應(yīng)用GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)，比應(yīng)用其他測(cè)繪技術(shù)的測(cè)繪結(jié)果可靠性更高，同樣說明了GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的可靠性優(yōu)勢(shì)。

2.4 便捷性優(yōu)勢(shì)

GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)具有配套的手持接收機(jī)，將手持接收機(jī)與礦山的自建基站進(jìn)行信號(hào)連接，設(shè)置差分信號(hào)的IP地址，并根據(jù)激光對(duì)中原理，進(jìn)行單機(jī)流動(dòng)測(cè)量。與以往的測(cè)繪技術(shù)相比，與GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)配套的手持接收機(jī)不再需要外接天線，憑借自身配備的激光對(duì)中器就能精準(zhǔn)地固定到厘米級(jí)精度。此外，融合了GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的手持接收機(jī)也不再需要安裝對(duì)中桿，只要與礦山基站的信號(hào)連接成功后，保證接收機(jī)的電池續(xù)航能力，就能準(zhǔn)確并且快速地獲取測(cè)繪信息[7]。由于手持接收機(jī)還具備安裝SIM卡的功能，所以只要在開機(jī)前裝入SIM卡，就能實(shí)現(xiàn)將專業(yè)的地質(zhì)測(cè)繪和GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)融為一體的軟件運(yùn)行目標(biāo)。在手持接收機(jī)內(nèi)新建一個(gè)礦山地質(zhì)測(cè)繪的工作目標(biāo)，并選擇相應(yīng)的測(cè)繪模式，按照提示輸入相關(guān)的參數(shù)信息，包括礦山的投影方式、采點(diǎn)坐標(biāo)、控制點(diǎn)坐標(biāo)以及測(cè)繪參數(shù)。在參數(shù)輸入完成后，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)連接單元，輸入礦山測(cè)繪的工程賬號(hào)信息，包括端口名稱、源節(jié)點(diǎn)、用戶名和接入點(diǎn)等信息。需要注意的是礦山地質(zhì)測(cè)繪的三維坐標(biāo)必須是固定數(shù)值，一旦設(shè)定完成就不能修改，如果出現(xiàn)了設(shè)定錯(cuò)誤的情況，則需要將全部的參數(shù)信息進(jìn)行重新輸入[8]。只有確保手持接收機(jī)順利連接到礦山的測(cè)繪中心服務(wù)器，才能在多次采集測(cè)繪數(shù)據(jù)后，集中處理重復(fù)數(shù)據(jù)，利用GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的整平功能，以激光對(duì)準(zhǔn)的形式完成圖像測(cè)繪。

2.5 抗干擾性能優(yōu)勢(shì)

干擾性能指的是在測(cè)繪過程中，會(huì)同時(shí)受到外界信號(hào)干擾和數(shù)據(jù)噪聲的干擾，不同的干擾強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致不同程度的誤測(cè)繪誤差。在礦山地質(zhì)測(cè)繪過程中，受內(nèi)外擾動(dòng)影響，測(cè)繪結(jié)果的不確定性較高，應(yīng)用GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)測(cè)繪技術(shù)的抗干擾功能。導(dǎo)致數(shù)據(jù)噪聲最根本的原因就是測(cè)繪技術(shù)的落后，造成礦山地質(zhì)特征無法被準(zhǔn)確反映到測(cè)繪結(jié)果中。此外，測(cè)繪圖像也能夠直接體現(xiàn)出受干擾程度，比如地形展開圖、礦山地質(zhì)形變圖、等值線圖和奇異值分布圖等。結(jié)合GPSRTK測(cè)繪技術(shù)原理與礦體走勢(shì)，利用數(shù)據(jù)噪聲在尺度地圖上的表現(xiàn)特征，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)進(jìn)行識(shí)別，并生成相應(yīng)的阻攔頻道。GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)自身具有一定的篩選功能，對(duì)礦山測(cè)繪過程中產(chǎn)生的噪聲，利用測(cè)繪數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性進(jìn)行提取并篩選。針對(duì)測(cè)繪圖像來說，GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)能夠識(shí)別出相同作用原理的設(shè)備信息，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示測(cè)繪工作人員，周圍有類似的設(shè)備正在工作。面對(duì)不同強(qiáng)度干擾源，將GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)與測(cè)繪軟件相融合，就能體現(xiàn)出該技術(shù)的多分辨率特征，并得到較好的測(cè)繪圈定效果。基于上述描述，充分體現(xiàn)出了GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)的抗干擾性能，證明了使用該技術(shù)開展礦山地質(zhì)測(cè)繪工作的必要性。

3 結(jié)語(yǔ)

文章從多個(gè)角度詳細(xì)闡述將GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用在礦山地質(zhì)測(cè)繪工作中的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大了測(cè)繪作業(yè)的半徑，并提高了測(cè)繪工作的效率，在一定程度上推動(dòng)了礦山測(cè)繪領(lǐng)域的發(fā)展。為學(xué)術(shù)界開展相關(guān)研究奠定了理論基礎(chǔ)與實(shí)踐基礎(chǔ)，豐富了相關(guān)文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容，也為GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。由于研究條件有限，文章對(duì)GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)在航空遙感領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)研究得還不夠透徹，未來將不斷完善相關(guān)不足。