GPS-RTK與常規(guī)儀器配合在地質(zhì)勘探測(cè)量中的應(yīng)用

劉影，王少峰，錢曉輝

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊(duì)， 安徽黃山 245000）

GPS-RTK與常規(guī)儀器配合在地質(zhì)勘探測(cè)量中的應(yīng)用

劉影，王少峰，錢曉輝

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊(duì)， 安徽黃山 245000）

通過東山塢礦區(qū)的測(cè)量作業(yè)，簡(jiǎn)要介紹RTK在測(cè)量中的強(qiáng)大功能，重點(diǎn)介紹了GPS-RTK在地質(zhì)勘探測(cè)量中的控制測(cè)量、工程點(diǎn)測(cè)設(shè)以及勘探線剖面測(cè)量等應(yīng)用情況。結(jié)合常規(guī)測(cè)量?jī)x器及技術(shù)方法，既彌補(bǔ)了RTK在礦山測(cè)量的不足，又體現(xiàn)了GPS-RTK的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)反映出常規(guī)測(cè)量?jī)x器不可替代的作用，兩者相輔相成，相得益彰。

GPS-RTK； 地質(zhì)勘探測(cè)量；勘探線剖面；東山塢

0 引言

通過東山塢礦區(qū)的測(cè)量作業(yè)，簡(jiǎn)要介紹RTK在測(cè)量中的強(qiáng)大功能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)介紹了GPS-RTK在地質(zhì)勘探測(cè)量中的控制測(cè)量、工程點(diǎn)測(cè)設(shè)以及勘探線剖面測(cè)量等應(yīng)用情況。結(jié)合常規(guī)測(cè)量?jī)x器及技術(shù)方法，既彌補(bǔ)了RTK在礦山測(cè)量的不足，又體現(xiàn)了GPS-RTK的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)反映出常規(guī)測(cè)量?jī)x器不可替代的作用，兩者相輔相成，相得益彰。

1 GPS-RTK在地質(zhì)勘探測(cè)量中的應(yīng)用

1.1 控制測(cè)量

1.1.1 GPS靜態(tài)控制測(cè)量

目前市場(chǎng)上所有的RTK主機(jī)在測(cè)量中都可以通過其控制面板設(shè)置為靜態(tài)測(cè)量工作模式，進(jìn)行控制測(cè)量。其精度可達(dá)毫米級(jí)。其工作原理是通過至少兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)（觀測(cè)時(shí)間隨精度要求可長(zhǎng)可短，一般為40分鐘左右），通過對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的處理可以精確計(jì)算出點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)中的三維坐標(biāo)差，通過相應(yīng)的平差處理軟件進(jìn)行處理，可以根據(jù)某個(gè)點(diǎn)的已知坐標(biāo)，推算出另一點(diǎn)的坐標(biāo)。由于靜態(tài)相對(duì)測(cè)量精度高，布點(diǎn)時(shí)不受通視等作業(yè)環(huán)境的影響，而被廣泛的應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量的首級(jí)控制網(wǎng)的布設(shè)。當(dāng)然也可以直接用動(dòng)態(tài)作業(yè)模式進(jìn)行圖根點(diǎn)加密。

圖1 寧國(guó)市東山塢礦區(qū)控制點(diǎn)展點(diǎn)圖Fig.1 Control points plot map of the Dongshanwu mineral district in Ningguo City

針對(duì)東山塢礦區(qū)范圍面積及形狀和測(cè)區(qū)實(shí)際地形、通視條件、交通狀況，我們選用E級(jí)GPS網(wǎng)作為測(cè)區(qū)首級(jí)控制，均勻布設(shè)6個(gè)點(diǎn)。布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，聯(lián)測(cè)了安徽省礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查控制網(wǎng)中2個(gè)D級(jí)GPS控制點(diǎn)，作為起算數(shù)據(jù)，且均勻分布于網(wǎng)內(nèi)（圖1）。

GPS網(wǎng)觀測(cè)采用5臺(tái)中海達(dá)HD8200E接收機(jī)（靜態(tài)測(cè)量精度：水平為±5mm+1ppm，垂直為±10mm+1ppm）進(jìn)行施測(cè)，觀測(cè)前對(duì)儀器進(jìn)行了鑒定。GPS網(wǎng)基線處理和網(wǎng)平差采用HDS2003 數(shù)據(jù)處理軟件包，根據(jù)平差計(jì)算成果，該網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±2.6cm，最弱邊相對(duì)中誤差為1∶450785。完全滿足相關(guān)《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》的精度要求，且點(diǎn)位精度比較均勻。由于礦區(qū)內(nèi)高程的變化相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)似大地水準(zhǔn)面變化情況，合理布設(shè)已知點(diǎn)，并選定足夠的已知點(diǎn)，采用幾何水準(zhǔn)來聯(lián)測(cè)GPS點(diǎn)，這樣可以高程擬合計(jì)算的精度。

1.1.2 RTK圖根控制測(cè)量

在應(yīng)用RTK進(jìn)行測(cè)量定位時(shí)，需要把WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用的地方坐標(biāo)系（本文采用1980西安坐標(biāo)系）。因此，在參數(shù)計(jì)算上我們采用布爾沙七參數(shù)（表示為△X、△Y、△Z、△α、△β、△γ、△K三個(gè)平移參數(shù)、三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度因子）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。測(cè)區(qū)共設(shè)置了6個(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)和2個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)（圖1）作為起算數(shù)據(jù)，我們首先對(duì)這8個(gè)GPS點(diǎn)做靜態(tài)觀測(cè)測(cè)量求得七個(gè)參數(shù)，七參數(shù)的求解盡管復(fù)雜，但它不受作業(yè)范圍的限制，有利于基準(zhǔn)站的選擇，使用過程中測(cè)量精度相對(duì)穩(wěn)定，精度也相對(duì)較高。

RTK圖根控制測(cè)量作業(yè)流程圖如圖2。

1.2 RTK圖根控制測(cè)量精度可靠性試驗(yàn)

圖2 RTK圖根控制測(cè)量作業(yè)流程圖Fig.2 RTK map control surveying work flow

表1 RTK控制點(diǎn)平面位置檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of detection precision of plane position of RTK control point

表2 RTK控制點(diǎn)高差檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of detection precision of level difference of adjacent points of RTK control point

在東山塢測(cè)區(qū)內(nèi)通過使用拓普康 Hiper+型RTK進(jìn)行了圖根控制點(diǎn)采集，進(jìn)行這方面的驗(yàn)證和測(cè)試。在參數(shù)設(shè)定完成后，為了驗(yàn)證RTK的實(shí)測(cè)精度，首先利用拓普康GTS-102R儀器布設(shè)了一條5個(gè)點(diǎn)的圖根導(dǎo)線，并對(duì)這5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，兩者進(jìn)行對(duì)比（見表1，表2）。RTK圖根控制觀測(cè)時(shí)，基準(zhǔn)站設(shè)于已知點(diǎn)上，流動(dòng)站采用三腳架對(duì)中，觀測(cè)時(shí)段在當(dāng)天的基本允許時(shí)段，觀測(cè)時(shí)間不少于1min，每點(diǎn)對(duì)觀測(cè)到的3次有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，作為該點(diǎn)的坐標(biāo)值。

從以上表1中可以看到最大平面校差4.5 cm，最小平面校差2.7 cm，平面中誤差3.5cm。表2中可以看到高程最大校差3.8 cm，高程最小校差2.4cm，高程中誤差3.1 cm。平面精度和高程精度都在《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》允許范圍之內(nèi)。

1.3 地質(zhì)勘探工程測(cè)量

地質(zhì)勘探工程測(cè)量主要有：鉆孔的布設(shè)與實(shí)測(cè)、槽探端點(diǎn)測(cè)量、巷道洞口位置的測(cè)量、勘探線剖面測(cè)量以及主要地質(zhì)點(diǎn)的測(cè)量，這些測(cè)量工作都可以通過RTK一次性測(cè)得，存儲(chǔ)在儀器手簿上，并以文件形式輸出或打印，最終得到測(cè)量成果，其精度通過上述可靠性試驗(yàn)也得以證實(shí)。但是出于山區(qū)找礦地形的特殊性，RTK在大部分區(qū)域并不能獲得固定解，因此也就限制了其在地質(zhì)找礦測(cè)量中的應(yīng)用。

而傳統(tǒng)的測(cè)量方法必須在礦區(qū)范圍內(nèi)或礦區(qū)周圍尋找國(guó)家各等級(jí)三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)和GPS點(diǎn)，再利用經(jīng)緯儀或全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量或三角測(cè)量，測(cè)設(shè)圖根控制點(diǎn)，繼而進(jìn)行工程測(cè)量。這樣不僅費(fèi)事費(fèi)力，而且會(huì)產(chǎn)生誤差積累，給測(cè)量成果帶來一定的影響。而且地質(zhì)找礦也不是一蹴而就的事情，隨著找礦工作的逐步開展，許多工程都需要增加或延伸，這給傳統(tǒng)的測(cè)量帶來了極大的難題。結(jié)合兩者的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)出利用其各自優(yōu)勢(shì)的方案，在生產(chǎn)中加以實(shí)踐。

首先，我們利用GPS-RTK無需點(diǎn)間通視、定位精度高的特點(diǎn)，進(jìn)行了首級(jí)控制測(cè)量和圖根控制點(diǎn)加密；第二，就近使用各級(jí)控制點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)，在地質(zhì)工程點(diǎn)（如勘探線剖面端點(diǎn)、鉆孔孔口）附近開闊且地勢(shì)較高區(qū)域，布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)（3個(gè)以上）；第三，在已知某一測(cè)量控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，校準(zhǔn)方向后進(jìn)行勘探線剖面測(cè)量及鉆孔位置測(cè)量。隨著工程的進(jìn)展，勘探線長(zhǎng)度可能會(huì)不斷延長(zhǎng)，我們就可以重復(fù)第二步和第三步，并且可以檢查之前的測(cè)量成果，提高測(cè)量精度。

圖3 RTK測(cè)量與傳統(tǒng)測(cè)量精度對(duì)照?qǐng)DFig.3 Comparison of precision between RTK and traditional surveying

本文以兩條勘探線剖面測(cè)量為例，就RTK測(cè)量與傳統(tǒng)測(cè)量進(jìn)行比較，如圖3。

圖3中的3線，工程設(shè)計(jì)之初是以ZK301孔為基點(diǎn)，方位角為0。，向南、向北分別測(cè)繪200米。隨著工程的進(jìn)展以及對(duì)找礦前景的樂觀，在施工后的兩年時(shí)間里，分別向ZK301孔的南北方向都布設(shè)了鉆孔，而勘探線測(cè)量也由此延長(zhǎng)至一千多米。利用傳統(tǒng)的方法測(cè)量，每次延長(zhǎng)都需要進(jìn)行控制點(diǎn)的傳遞，并且隨著誤差的累積，造成勘探線剖面方位角偏移了3。，兩端點(diǎn)偏移的距離也分別為7.4m和22.1m。造成誤差偏大，超出規(guī)范要求，從而進(jìn)行返工。而圖中的4線則是以RTK技術(shù)配合常規(guī)儀器測(cè)量，在勘探線長(zhǎng)度相近的情況下，方位角幾乎沒有偏移，完全符合規(guī)范要求。

2 應(yīng)用體會(huì)

通過東山塢項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無可替代的作用加深了理解?，F(xiàn)就兩種作業(yè)方式的特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：

（1）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)雖無需兩點(diǎn)間通視，且受能見度、氣候等因素的影響和限制較小。但其受山區(qū)地形限制特別大，峽谷深處及密集林木區(qū)很難獲得固定解，也就限制了它的使用。而此時(shí)輔以使用常規(guī)測(cè)量?jī)x器，則可以彌補(bǔ)RTK的不足，提高了作業(yè)效率。

（2）延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間。雖然RTK具有全天候作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置正值美國(guó)是最佳的時(shí)候，世界上其他一些區(qū)域在某一時(shí)間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。而且在中午時(shí)段，受電離層干擾影響，共用衛(wèi)星數(shù)少，初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，無法進(jìn)行測(cè)量。在寧國(guó)東山塢礦區(qū)，我們經(jīng)試驗(yàn)得出，在同樣的條件和同樣的地點(diǎn)上進(jìn)行RTK測(cè)量，白天11至15點(diǎn)之間，衛(wèi)星信號(hào)差，很難進(jìn)行RTK測(cè)量。因此我們可以合理安排作業(yè)時(shí)間，在無衛(wèi)星信號(hào)及山谷密林區(qū)域，配合采用常規(guī)儀器測(cè)量，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。

（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受限，山區(qū)作業(yè)半徑小。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，影響作業(yè)半徑和外業(yè)精度。由于地質(zhì)找礦測(cè)量多位于山區(qū)，因此數(shù)據(jù)傳輸難于保證。此時(shí)可利用RTK在開闊區(qū)域?qū)崟r(shí)引入控制點(diǎn)，再借助全站儀等常規(guī)儀器加以解決。

（4）精度和穩(wěn)定性。RTK測(cè)量的精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況等因素影響的緣故。因此在測(cè)量時(shí)要布設(shè)一些“多余”控制點(diǎn)，每次初始化成功后，先重測(cè)1～2個(gè)已測(cè)過的RTK點(diǎn)，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行RTK測(cè)量，并不定時(shí)用常規(guī)儀器進(jìn)行檢核，確保成果質(zhì)量。

3 結(jié)語

通過對(duì)東山塢項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用分析可以得出這樣結(jié)語，GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量中的首級(jí)控制網(wǎng)與加密控制網(wǎng)的測(cè)量能夠達(dá)到地質(zhì)找礦工程的精度要求，而地質(zhì)工程點(diǎn)的測(cè)量則可以使用常規(guī)測(cè)量?jī)x器，兩者配合使用，更好地發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)，解決在測(cè)量中所遇到的難題，彌補(bǔ)了各自的不足，從而達(dá)到更好的測(cè)量效果。

［1］GB/T 18314-2009.全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］GB/T 18341-2001.地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［3］ 徐紹銓.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

［4］ 張正祿.工程測(cè)量學(xué)［M］.武漢大學(xué)出版社，2002.

［5］ 汪應(yīng)庚，許紅兵，傅建真，等.安徽省寧國(guó)市竹溪嶺鎢銀（鉬）礦普查地質(zhì)報(bào)告［R］.2013.

［6］ 毛開森.GPS RTK技術(shù)在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用［J］.礦山測(cè)量，2009，（4）.

［7］ 王少峰，上官晶亮.GPS RTK技術(shù)在竹溪嶺礦區(qū)地質(zhì)勘查測(cè)量中的應(yīng)用［J］.安徽地質(zhì)，2014，24（4）.

ON GPS-RTK COMBINED WITH GENERAL INSTRUMENTS APPLIED IN GEO-EXPLORATION SURVEYING

LIU Ying， WANG Shao-feng， QIAN Xiao-hui
（No.332 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province， Huangshan， Anhui 245000， China）

∶ This paper mainly introduced the composition and measurement principle of GPS and RTK systems，and focused on powerful function and advantage of RTK in surveying， through production project practice，highlighted application of GPS-RTK in geo-exploration surveying in terms of control survey， geological engineering stationing and prospecting line profile survey. Combined with general measurement instruments，GPS-RTK gave a full play to its irreplaceable advantage.

∶ GPS-RTK； geo-exploration surveying； prospecting line profile； Dongshanwu

P228

A

2016-01-15

劉影（1983-），女，安徽亳州人，工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)繪地質(zhì)工作。

1005-6157（2016）02-0146-4