GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

蘭勇

（重慶市長源地質(zhì)勘察工程有限責(zé)任有限公司 重慶 408000）

GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

蘭勇

（重慶市長源地質(zhì)勘察工程有限責(zé)任有限公司 重慶 408000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)勘查市場迅速崛起，也對地質(zhì)勘查工作提出了更為嚴格的要求，GPS RTK是地質(zhì)勘查工作中新興起的技術(shù)，在地質(zhì)勘查工作中發(fā)揮重要作用。本文主要從GPS RTK的內(nèi)涵和工作原理入手，并對其在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用進行分析，以期為地質(zhì)勘查工作的相關(guān)研究，提供可靠、科學(xué)的參考依據(jù)。

GPS RTK；地質(zhì)勘查；應(yīng)用

1 引言

GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠保障定位的精確性，具有操作簡單、布網(wǎng)自由度大的特點，因此，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于交通、資源、管理、軍事等領(lǐng)域。地質(zhì)勘查工作包含許多較為復(fù)雜的工程，隨著測繪技術(shù)的快速發(fā)展，地質(zhì)勘查工作也得到一定程度的創(chuàng)新，尤其是GPS RTK具有實時定位、定位精度高、操作簡單等特點，使之被廣泛應(yīng)用于工程放樣、地質(zhì)剖面測量、地圖測量等工作中，為地質(zhì)勘查工作的順利開展提供有力保障。

2 GPS RTK的概述

2.1 GPS RTK技術(shù)的內(nèi)涵

GPS即是所謂全球定位系統(tǒng)，有效實現(xiàn)了海陸空全方位的實時三維導(dǎo)航和定位，具有高精度、高效率、多功能、應(yīng)用范圍廣等特點。常規(guī)的GPS測量方法有靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量、動態(tài)測量這三種，但這些需要通過計算后才能獲得高精度的結(jié)果，無法保障觀測數(shù)據(jù)的準確性，GPS RTK由此產(chǎn)生。RTK技術(shù)即實施動態(tài)定位技術(shù)，該技術(shù)是GPS測量技術(shù)的一個新突破，對推動地質(zhì)勘查事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2.2 GPS RTK技術(shù)的工作原理

RTK實施動態(tài)定位系統(tǒng)主要由基準站、流動站和數(shù)據(jù)鏈這三個部分組成，RTK定位技術(shù)主要以載波相位觀測量值為基本依據(jù)，該技術(shù)實施動態(tài)測量的保障為建立無線數(shù)據(jù)通訊，其具體的工作原理如下：GPS RTK將高精度的控制點作為基準點，并在上面安裝一臺接收機作為參考站，并通過GPS接收機對可見的GPS衛(wèi)星實行連續(xù)不間斷監(jiān)測。同時，流動站上的接收機收到的衛(wèi)星信號及時傳遞給無線設(shè)備，從而讓其及時接受基準站上所獲取的觀測數(shù)據(jù)，在這種情況下，接收機數(shù)據(jù)處理裝置就可以根據(jù)相對定位的原理實現(xiàn)相關(guān)計算，并給出厘米級的定位結(jié)果。因此，用戶就可以對流動站被待測點的觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果進行實時監(jiān)測，并根據(jù)待測點精度的相關(guān)指標(biāo)，將觀測時間確定下來，實現(xiàn)觀測效率的有效提高。

3 GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

3.1 控制測量及物化探測網(wǎng)的布設(shè)

物化探測線主要是指將兩邊的基線樁連接成一條線，測網(wǎng)則是由若干條相互平行的測線組成的網(wǎng)。根據(jù)之前的相關(guān)經(jīng)驗來看，邊長10～15km的物化探測網(wǎng)，在外部較為開闊的地區(qū)，使用快速靜態(tài)測量方法是最為便捷的，而動態(tài)測量方式的工作效率最高；邊長在5～10km的基本控制網(wǎng)，快速靜態(tài)測量方式較為方便，邊長小于5km的控制網(wǎng)，GPS RTK就可以滿足相關(guān)精度要求。

3.2 地形測量

GPS RTK在地形測量中的優(yōu)越性則完全可以體現(xiàn)出來，它不需要各個控制點間的相互通視，且基準站也不需要頻繁搬站?；鶞收咀鳛橐粋€功率較高的電臺，同時連接多個移動站的工作，有利于保障地形測量的質(zhì)量。在地質(zhì)找礦工作中，所測的地形圖通常有 1：500、1：1000、1：2000、1：5000這幾個比例尺，若測區(qū)的相對高差較小、大型植被沒有覆蓋的情況下，利用GPS RTK開展碎部采集工作時最適宜的。若在坡度較陡、大型植被覆蓋的測區(qū)，存在GPS信號接收死角，則以GPS RTK為主，再利用全站儀進行補測，取得的測量效果較為理想。

3.3 工程點的測定與放樣

工程點的測定和放樣工作對精度的要求較高，該特點正好符合GPS RTK高精度的優(yōu)點。在作業(yè)時，先利用側(cè)區(qū)內(nèi)或測區(qū)周圍已知的國家點作為本次作業(yè)的基準點，如果國家點較遠，則需要引幾個均勻分布在測區(qū)較高位置的臨時控制點，作為本次工作的基準點，并利用這些基準點積極開展后續(xù)的測量工作。

3.4 勘探線剖面測量

勘探線剖面測量時地質(zhì)工作的重要組成部分，地質(zhì)鉆孔基本分布在勘探線上，通過GPS RTK技術(shù)進行勘探線剖面測量，只要將放樣線設(shè)置在RTK手薄上，并準確輸入勘探線的起始坐標(biāo)域（方位角和端坐標(biāo)），在開展沿線測定地表工程點、地質(zhì)點、剖控點和地物地貌點。

4 工程實例

4.1 工程概況

該礦區(qū)所處地區(qū)的地勢較為復(fù)雜，地形陡峭，一般山峰海拔在400～700m，相對高差為300～500m。在實際工作中，通過RTK技術(shù)觀測時間短、定位精度高、無需點間通視等優(yōu)點，改變傳統(tǒng)的作業(yè)模式，可在短時間內(nèi)，配合地質(zhì)工作人員及時完成各項作業(yè)。相關(guān)的成果資料在經(jīng)過專家組檢查驗收后，其是完全符合國家相關(guān)規(guī)范要求的，從而為日后RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查找礦工作中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

4.2 GPS靜態(tài)定位布設(shè)平面控制網(wǎng)

根據(jù)該礦區(qū)面積范圍內(nèi)測區(qū)的實際地形地貌、具體的通視條件、交通情況，選用一級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制，并均勻分布十個點。在開展GPS布設(shè)工作時，聯(lián)測了兩個國家D級GPS控制點，并均勻分布在GPS網(wǎng)內(nèi)，如圖1所示。

圖1 該礦區(qū)控制點展點圖

該GPS網(wǎng)觀測共采用六臺中海達HD8200E接收機（靜態(tài)測量精度：水平為±5mm+1ppm，垂直為±10mm+1ppm）實行觀測，并在觀測前對儀器進行鑒定。

一級GPS網(wǎng)觀測方法主要為靜態(tài)觀測，其基本要求為：衛(wèi)星高度角應(yīng)大于等于15°；有效觀測衛(wèi)星的個數(shù)應(yīng)大于等于4；平均重復(fù)設(shè)站數(shù)應(yīng)大于等于1.6；觀測時段不小于45min；數(shù)據(jù)采樣間隔的時間為15～60s；點位幾何強度因子應(yīng)小于6。GPS網(wǎng)基線處理和網(wǎng)平差主要采用HD8200E數(shù)據(jù)處理軟件包，并根據(jù)網(wǎng)平差來計算成果，該網(wǎng)最弱點點位中誤差為±0.77cm，最弱邊相對中誤差為1：158783。以上均符合精度相關(guān)規(guī)范要求，且點位精度分布的較為均勻。由于礦區(qū)內(nèi)高程變化相對復(fù)雜，可根據(jù)測區(qū)似大地水準面的實際變化情況，對已知點進行合理布設(shè)，并選定充分的已知點，采用幾何水準來聯(lián)測GPS點，這樣可以高程擬合計算的精度。

4.3 RTK技術(shù)的應(yīng)用

4.3.1 RTK圖根控制測量

傳統(tǒng)圖根控制測量主要采用常規(guī)的方法進行來測量，即浪費時間也浪費精力，企業(yè)要求點間通視，精度分布的不均勻，在野外作業(yè)時不能保障測量的精度。通過GPS RTK技術(shù)可不受天氣、地形、通視條件等方面的限制來開展測量工作，工作效率也得到大幅度提升，不僅能滿足測量精度的相關(guān)要求，且誤差分布均勻，不存在誤差傳遞累積的問題。

該礦區(qū)主要利用Topcon Hiper+型接收機進行圖根控制測量，能夠?qū)崟r獲取點位三維坐標(biāo)，且能夠準確獲得點位的精度。為了對RTK控制點的實際精度進行檢驗，應(yīng)利用全站儀對部分通視點對邊長、高差和測量坐標(biāo)反算的邊長、高差進行測量和比較，如表1～2所示。

表1 RTK控制點相鄰邊長檢測精度統(tǒng)計表

表2 RTK控制點相鄰點間高差檢測精度統(tǒng)計表

從表1～2中不難發(fā)現(xiàn)，RTK的實測精度和導(dǎo)線測量精度的相關(guān)要求相符，且誤差分布較為均勻，不存在誤差積累問題。

4.3.2 地質(zhì)工程點測量及精度分析

該礦區(qū)地質(zhì)工程點測量的內(nèi)容主要包括：水文位置、鉆孔放樣定位、剝土位置、槽探端點測量、地質(zhì)點位置等。工程點的測量和布設(shè)主要采用三維位置測量方法，大大提高了勞動效率。

4.3.3 勘探線剖面測量

傳統(tǒng)的勘探線剖面測量，需要在每條勘探線上均勻布設(shè)導(dǎo)線點，再通過設(shè)計的方位角逐點進行測量，且保證不能偏離方向，因此，應(yīng)將一切遮擋物清除掉，費時也費力，容易和當(dāng)?shù)鼐幼舢a(chǎn)生矛盾。利用GPSRTK技術(shù)進行測量，不僅不用布設(shè)剖面控制點，不僅提高了工作效率，更保證了測量精度。

5 結(jié)語

利用GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查應(yīng)用中具有操作簡單、定位精度高、實時性強等優(yōu)勢，不僅減少了作業(yè)強度和測量成本，大大提高了勞動效率，但也應(yīng)注意到其自身存在的局限性，對于處在茂密林區(qū)的地質(zhì)勘查測量需要將GPS RTK技術(shù)和傳統(tǒng)方法相組合的方式進行測量，從而保障測量成果的精確性和可靠性。

[1]嵇申申.GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用研究[J].中國科技博覽，2011（32）：590.

[2]張國新.GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（1）：131.

[3]王洪生，王新來，李艷君，等.GPS RTK技術(shù)及其在地質(zhì)勘探測繪中的應(yīng)用[J].礦山測量，2014（4）：22～23.

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