李斌
[摘要]隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷提升,在現(xiàn)代化地質(zhì)勘查測量中引進(jìn)了大量先進(jìn)的地質(zhì)勘查技術(shù),確保了我國的地質(zhì)勘查行業(yè)獲得了穩(wěn)定快速的發(fā)展,從而在一定程度上推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展,為社會主義建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在目前的地質(zhì)勘查工作中,GPS-RTK技術(shù)是一種技術(shù)含量較高且應(yīng)用廣泛的地質(zhì)勘查測量技術(shù),這一技術(shù)的引進(jìn)使得我國地質(zhì)勘測總體水平得到了進(jìn)一步提升。本文通過對GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行介紹研究分析,淺談GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]地質(zhì)勘查 GPS-RTK技術(shù) 分析 應(yīng)用
[中圖分類號] P62 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X(2015)-3-263-1
地質(zhì)勘查工程一般需要大量的測量、計(jì)算、整理工作,傳統(tǒng)的工作方式不僅需要消耗大量的人力、物力和財力,而且工作效率也得不到有效的提升,很難實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查行業(yè)步入信息化、數(shù)字化時代。然而,GPS技術(shù)的到來使得地質(zhì)勘查行業(yè)經(jīng)歷了一次偉大的技術(shù)革命,并且通過對技術(shù)的不斷革新,已經(jīng)可以替代傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查測量工作,工作效率得到了很大的提升。下面就淺談一下其中GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用和優(yōu)勢。
1地質(zhì)勘查測量簡介
地質(zhì)勘查,一般指對一定地區(qū)內(nèi)的巖石、地層構(gòu)造、礦產(chǎn)、地下水、地貌等地質(zhì)情況進(jìn)行重點(diǎn)有所不同的調(diào)查研究工作,一般分為前期尋找、普查、詳查和精查四個過程,國家對本土地質(zhì)進(jìn)行勘查的目的在于對本國領(lǐng)土地質(zhì)有一個詳細(xì)的了解并記錄在庫,一方面用于國家對城市的整體規(guī)劃建設(shè),一方面便于相關(guān)部門對地下資源的勘測開采。
一般來講,地質(zhì)勘查需要大量的測量工作,包括對整個地區(qū)的地質(zhì)、地貌、地形有一個全面整體的測量,并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)際測繪工作,然后對測量的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)、繪制圖紙等工作。地質(zhì)勘查需要進(jìn)行大量的測量整理工作,先進(jìn)的測繪技術(shù)對于提高工作效率、節(jié)省大量人力物力有著重要的影響,隨著近些年來我國測繪技術(shù)的不斷提升,特別是引進(jìn)GPS-RTK技術(shù)以來,給地質(zhì)勘查工作帶來了巨大的方便,實(shí)現(xiàn)了勘查技術(shù)的全面飛躍。
2 GPS-RTK技術(shù)概述
2.1 GPS技術(shù)在地質(zhì)勘查中的運(yùn)用
GPS又稱全球定位系統(tǒng),是美國在上世紀(jì)70年代研制出來的,主要用于應(yīng)用于軍事、民用交通導(dǎo)航、地質(zhì)測量、野外考察探險、土地利用調(diào)查、信息通信等不同領(lǐng)域。GPS技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)勘查測量工作中是一項(xiàng)重大的技術(shù)革命,它改善了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊端,實(shí)現(xiàn)了對地質(zhì)測量的信息化處理,主要應(yīng)用了單點(diǎn)導(dǎo)航和相對測量兩種定位技術(shù),并在此基礎(chǔ)上衍生了多種工作模式,大大提升了地質(zhì)勘查測量的工作效率。
2.2 GPS-RTK技術(shù)簡介
GPS-RTK技術(shù)即實(shí)時動態(tài)差分定位技術(shù),它是基于GPS測量技術(shù)、加入數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的思想而逐步發(fā)展起來的一種全新的GPS測量定位技術(shù),它是GPS測量技術(shù)史上的一項(xiàng)重大突破。GPS-RTK技術(shù)具備精度高、速度快、省時省力的優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際測量過程中能夠?qū)崟r提供所測地質(zhì)的參數(shù)數(shù)據(jù),為地質(zhì)勘查測量節(jié)省大量的人力、物力、財力,而且大大提高了測量效率,并逐步被眾多測量單位認(rèn)可,并且這項(xiàng)技術(shù)正在向交通、城市建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)展,擁有廣闊的發(fā)展前景。
2.3 GPS-RTK技術(shù)的工作原理
GPS-RTK實(shí)時動態(tài)定位系統(tǒng)主要由基站和流動站兩部分組成,在實(shí)際測量中需要這兩部分同時工作并相互傳輸數(shù)據(jù)信息,實(shí)現(xiàn)對相關(guān)地質(zhì)的實(shí)時動態(tài)測量。GPS-RTK技術(shù)是一種典型的相對測地定位技術(shù),主要是以載波相位觀測值作為主要依據(jù),實(shí)現(xiàn)實(shí)時差分來完成定位測量工作。
2.4 GPS-RTK技術(shù)的測量誤差
任何一種測量技術(shù)都存在一定的測量誤差,GPS-RTK技術(shù)的測量誤差主要來源于GPS定位系統(tǒng)的定位誤差和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理過程中產(chǎn)生的誤差。
首先,GPS系統(tǒng)的定位誤差:在整個GPS-RTK技術(shù)測量使用過程中需要用到多臺接收機(jī),這些接收機(jī)都存在著一定的固有誤差和偶然誤差,比如衛(wèi)星鐘誤差、對流層誤差、傳輸延時誤差等等,每一個細(xì)節(jié)對數(shù)據(jù)接受或處理的不當(dāng),都會引起最終結(jié)果的巨大偏差。其次,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理過程中產(chǎn)生的誤差:衛(wèi)星和接收機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是不直接的,需要通過多臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理工作,才能得到地質(zhì)勘查測量的直接數(shù)據(jù)資源,在此過程中存在一定的偶然誤差和計(jì)算機(jī)內(nèi)部固有的誤差,這些誤差對最后的測量數(shù)據(jù)都有一定的影響。
3 GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量工作中的應(yīng)用
地質(zhì)勘查是地質(zhì)工作中的一個重要組成部分,它的主要目的在于為地質(zhì)設(shè)計(jì)研究院的地質(zhì)設(shè)計(jì)和研究工作提供準(zhǔn)確、完備的測量數(shù)據(jù),為施工單位定位工程施工點(diǎn),為地質(zhì)設(shè)計(jì)相關(guān)工作提供有關(guān)資料等等。地質(zhì)勘查工程測量工作主要包括控制測量、地形測量、工程點(diǎn)布設(shè)、勘測線剖面測量等多個方面的工作,并且這些測量工作GPS-RTK都可以直接完成,下面就GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用,對這些測量技術(shù)作簡要分析:
3.1地質(zhì)勘測的控制測量
傳統(tǒng)的控制測量技術(shù),與GPS-RTK技術(shù)相比,無論是在技術(shù)測量精度方面,還是技術(shù)成本投入方面都不占優(yōu)勢,并且在實(shí)際測量過程中,要求控制點(diǎn)之間的相互通視,缺乏先進(jìn)的地質(zhì)勘查測量技術(shù),對一些復(fù)雜的地質(zhì)進(jìn)行勘測時比較困難。但是,自從GPS-RTK技術(shù)引進(jìn)后,相對定位測量無需控制點(diǎn)之間的通視,就能夠?qū)崿F(xiàn)對各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時精確測量,而且可以計(jì)算出測量數(shù)據(jù)結(jié)果的精度誤差,對于誤差較大的可以重新進(jìn)行測量,確保最終結(jié)果的高精度性。
3.2地形測量
地形測量一般是根據(jù)控制點(diǎn)位置,然后根據(jù)控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)上用特定的測圖方法繪制出相應(yīng)的地形圖,供以后的工作使用。傳統(tǒng)的地形測量方式往往是通過工作人員進(jìn)入實(shí)際地形區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘測,這種方式不僅會耗費(fèi)大量的人力物力,而且還會受到天氣因素和地形因素的影響,氣候條件惡劣、地形條件復(fù)雜的情況下,工作人員很難進(jìn)入計(jì)劃區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測量,存在一定的局限性。
3.3工程點(diǎn)布設(shè)
工程測量工作一直是地質(zhì)勘查測量工作中一大難題,對于工程點(diǎn)的選擇和布設(shè)更是需要較高的技術(shù)要求。我國地質(zhì)面貌比較復(fù)雜,而且測量的困難往往集中在山區(qū)、高地、森林等地形極為復(fù)雜的地方,這些地方國家控制點(diǎn)相對稀疏,氣候條件較差,缺乏詳細(xì)的地質(zhì)資料,都給工程測量工作造成了很大的困難。近些年來,在工程點(diǎn)布設(shè)過程中應(yīng)用了GPS-RTK技術(shù),不僅對野外測量工作的效率大大提升,而且大大提高了國家控制點(diǎn)的密度,提升了作業(yè)效率,節(jié)省了大量人力物力資源。
3.4勘測線剖面測量
在進(jìn)行地質(zhì)勘查測量工作過程中,往往要采用地質(zhì)鉆孔的方式對地質(zhì)資源進(jìn)行采樣勘測,這就需要對勘測線剖面進(jìn)行測量,從而為工程點(diǎn)布設(shè)、勘測設(shè)計(jì)提供最基本準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。通過對勘測線剖面的測量,形成相應(yīng)的勘測報告,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對勘測線剖面的綜合評估,檢測勘測線剖面是否符合相關(guān)的規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求,確保地質(zhì)勘查工作的順利開展。傳統(tǒng)的勘測線剖面測量方式是通過大量人工對剖面進(jìn)行實(shí)地勘測,通過實(shí)地測量將測點(diǎn)、控點(diǎn)確定下來;而現(xiàn)如今GPS-RTK技術(shù)的引入,則一人就可以完成勘測線剖面測量工作,大大減少了工作人數(shù),提高了工作效率,而且在精度方面,GPS-RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)短時間內(nèi)多次測量,計(jì)算機(jī)可以自動對精度進(jìn)行提高。
4 GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量過程中的一般流程
4.1前期準(zhǔn)備工作
在進(jìn)行實(shí)際GPS-RTK地質(zhì)測量工作前,需要相關(guān)工作人員對所測地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行事先“踩點(diǎn)”,即對所需測量區(qū)域進(jìn)行實(shí)地考察,對所測地域環(huán)境、地質(zhì)條件特點(diǎn)有一個大致的了解,并對測量區(qū)域內(nèi)實(shí)行相關(guān)資料的收集,結(jié)合這些數(shù)據(jù)對控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算,最后完成本次測量區(qū)域的工程點(diǎn)布設(shè)工作。事先準(zhǔn)備工作非常重要,對收集的資料和數(shù)據(jù)一定要進(jìn)行細(xì)心計(jì)算處理,并且根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果,對GPS-RTK基站和流動站的相關(guān)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè),因此,數(shù)據(jù)處理的不得當(dāng)很有可能會導(dǎo)致整個地質(zhì)勘查測量工作的癱瘓;其次需要相關(guān)工作人員對控制點(diǎn)坐標(biāo)輸入到GPS-RTK系統(tǒng)中,便于對本區(qū)域的地質(zhì)測量工作。
4.2對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算
控制點(diǎn)所測量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行合理的選擇和篩選,并經(jīng)過相關(guān)的計(jì)算處理,才能轉(zhuǎn)換成地質(zhì)勘查測量的參數(shù),供地質(zhì)設(shè)計(jì)所用。在數(shù)據(jù)處理的過程中應(yīng)該注意:測量區(qū)域周邊的控制點(diǎn)要均勻,而且要根據(jù)實(shí)際的地形特點(diǎn)進(jìn)行合理的分布,避免因外界因素的變化影響數(shù)據(jù)的測量;在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中,要盡量多選擇幾個控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并利用GPS-RTK技術(shù)軟件進(jìn)行多次計(jì)算,以便提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度;實(shí)際測量的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的參數(shù)如果與預(yù)期結(jié)果相差偏大時,可以將控制點(diǎn)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的檢查,對偏離較大的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行舍棄,因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)可能是由于某些不相關(guān)的因素而導(dǎo)致測量結(jié)果偏差較大,影響最終測量結(jié)果。
4.3 GPS-RTK技術(shù)測量
目前,市面上最先進(jìn)的GPS-RTK技術(shù)設(shè)備具有最快最先進(jìn)的衛(wèi)星跟蹤功能,擁有最低的跟蹤角度,可以實(shí)現(xiàn)高精度檢測,而且具有較好的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn),在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中,可以實(shí)現(xiàn)快速精確的計(jì)算,而且可以將計(jì)算出的參數(shù)以最快的速度傳輸?shù)街贫ǖ攸c(diǎn),計(jì)算出的測量參數(shù)也具有高可靠性。在運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)設(shè)備對地質(zhì)勘查測量數(shù)據(jù)的過程中,需要將這些數(shù)據(jù)及時輸入到設(shè)備內(nèi)部,并且以較快的速度畫出草圖,然后再根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)備讀取的存儲數(shù)據(jù),完成最終高精度的標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)勘查測量數(shù)據(jù)圖。
5 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
5.1 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
(1)工作效率高。GPS-RTK技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)短距離、高頻率設(shè)站,可以對整個區(qū)域的地質(zhì)資源進(jìn)行全方位覆蓋,在實(shí)際測量過程中,只需在每個放樣點(diǎn)出停留1至2秒鐘,就可以完成測量作用,大大減少了傳統(tǒng)人工測量,并且計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的自動計(jì)算分析,快速輸出最終測量數(shù)據(jù)結(jié)果,大大提升了測量工作效率。
(2)定位精度高。近些年來,GPS-RTK一直在進(jìn)行著技術(shù)的突破,已經(jīng)將GPS-RTK的平面精度和高程精度研制到了厘米量級,而且計(jì)算機(jī)在對勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中不存在誤差的積累,大大提高了測量數(shù)據(jù)的精度。
(3)GPS-RTK技術(shù)不受天氣因素影響。GPS-RTK技術(shù)設(shè)備不要求兩控制點(diǎn)間滿足通視,只需要滿足電磁波通視的要求,就可以進(jìn)行實(shí)時測量,因此GPS-RTK設(shè)備不受天氣因素的影響,幾乎可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè),大大方便了測量工作的開展,提高了工作效率。
(4)GPS-RTK集成化程度高,可以實(shí)現(xiàn)多種地質(zhì)勘查測量作用,基站和流動站的選址具有任意性,可以根據(jù)具體作業(yè)條件特點(diǎn)進(jìn)行選取,并且一切測量數(shù)據(jù)都是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算分析,大大減少了人為誤差,保證了測量參數(shù)的精度。
5.2 GPS-RTK技術(shù)的缺點(diǎn)
(1)我們知道GPS-RTK技術(shù)是基于GPS技術(shù)發(fā)展起來的,所以GPS-RTK技術(shù)必將受限于衛(wèi)星狀況。隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷提升、地質(zhì)勘查測量工作要求的提高,當(dāng)前的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和型號信號強(qiáng)度質(zhì)量已經(jīng)滿足不了當(dāng)前的需要,而且GPS系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)還存在著一定視覺盲區(qū),這就意味著GPS-RTK技術(shù)設(shè)備無法對這些區(qū)域進(jìn)行勘測。因此,GPS-RTK技術(shù)要想發(fā)展,就需要GPS技術(shù)的不斷革新,加大在全球范圍內(nèi)的覆蓋面積,避免因GPS技術(shù)受限而影響GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展。
(2)受通視環(huán)境的影響。在山區(qū)、高地、森林等一些地質(zhì)條件較差的區(qū)域作業(yè)時,GPS衛(wèi)星信號傳輸被阻擋的幾率較大,可能會影響信號強(qiáng)度,影響相關(guān)數(shù)據(jù)的接受,從而導(dǎo)致地質(zhì)勘查測量工作的癱瘓。
(3)受電離層的影響。利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行作業(yè)時,有可能會受到電離層的干擾,導(dǎo)致可使用的衛(wèi)星數(shù)量減少,收集的數(shù)據(jù)也就相應(yīng)減少,尤其是在白天,受電離層的影響幾率較大,影響數(shù)據(jù)收集,無法確保地質(zhì)勘查測量工作的正常進(jìn)行。
6總結(jié)
GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量工作中的引入,使得我國地質(zhì)勘查工作得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,給我國地質(zhì)勘查測量工作帶來了巨大改變,它降低了地質(zhì)勘查測量的時間,節(jié)省了勘查過程中的人力物力,而且大大提高了工作效率和測量結(jié)果的精確度。目前GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用已經(jīng)引起了許多其他領(lǐng)域工作者的廣泛關(guān)注,而且隨著社會科學(xué)技術(shù)的不斷改進(jìn),GPS-RTK技術(shù)必將會滲透到越來越多的領(lǐng)域被人們所用,再加之一些其他先進(jìn)技術(shù)的參與,會有很大的發(fā)展空間。
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