基于GPS—RTK技術在地質勘探工程測量中的應用研究

狄廣禮++劉劍英

摘 要：主要介紹了GPS-RTK技術及其快速靜態定位、準動態定位和動態定位三種定位模式，重點對GPS-RTK技術在地質勘探工程測量中的勘探網及控制測量、工程點布設、勘探線剖面測量、地質工程點定位測量和物化探測量等應用情況進行了分析。并對GPS-RTK技術應用中的測量誤差來源和精度、基準站和移動站的設置進行了討論。GPS-RTK技術改變了傳統的地質勘探工程測量模式，極大的提高了地質勘探工程測量外業工作效率及測量精度，在地質勘探工作中得到了越來越多的應用。

關鍵詞：GPS-RTK 快速靜態定位 準動態定位 動態定位 案例應用 測量精度分析

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

作者簡介：狄廣禮（1978-），男，漢族，河南封丘人，工程師，本科，主要從事地質測繪、城市測繪、地籍測量及其相關工作。

從上個世紀90年代起，GPS技術逐步興起，因其具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，廣泛應用于軍事、民用交通、導航、大地測量、攝影測量、野外考察探險、土地利用調查等不同領域。特別是GPS實時動態定位技術的發展與進步，使傳統的測量工作產生了革命性變化。目前，隨著我國社會經濟的高速發展，地質找礦工作又迎來了一個難得的發展機遇期。GPS-RTK技術也經過多年的應用，已日臻成熟完善起來，甚至顛覆性的改變了傳統的地質勘探工程測量方法，因此探討GPS-RTK技術應用就很有價值。

1 GPS-RTK系統組成

GPS-RTK系統主要包括三部分：基準站、流動站和應用軟件。其中基準站由接收機、天線、發送電臺及天線、電源等組成；流動站由接收機、電子手簿、天線、接收電臺及天線、等組成；應用軟件由支持實時動態差分的軟件及工程測量應用軟件組成。

2 GPS-RTK定位模式

GPS-RTK測量技術為測量工作的高效率和可靠性提供了保障，對GPS測量技術的普及和發展和具有重要的意義。目前GPS-RTK定位模式主要有動態測量、準動態測量、快速靜態測量等三種。

3 GPS-RTK技術在地質勘探工程測量中的應用案例

地質勘探工程測量是地質勘探工作中的一個重要組成部分，為地質勘探工程設計、研究地層構造、計算礦體地質儲量和編寫地質報告提供基礎資料的工作，。將GPS-RTK以上三種主要測量定位模式相結合，可以快速高效完成地質勘探中的控制測量、工程點布設測量、勘探線測量、工程點定位測量及物化探測量等工作。

河南省新安煤田新義二井深部煤普查項目區位于河南省洛陽市新安縣城東北部一帶，在新安縣城關鎮、五頭鎮、正村鄉一帶。地理坐標：東經112°06°17″—112°17′12″，北緯：34°44′12″—34°48′37″，其東西長約12km，南北寬約5.1km，面積65.38km2。交通位置見下圖：

圖1 交通位置圖

項目區地形地貌較為復雜，河渠縱橫，溝坎密布，是典型低山丘陵區，屬黃河流域洛河水系，洛河支流澗河、金水河從區南和區內流過。澗河發源于陜縣觀音堂鎮段巖村馬頭山東麓，從項目區南部外圍通過，至洛陽市區興隆寨匯入洛河。

圖2 地形地貌圖

經過一年多測量及地質專業人員的共同努力，在一系列的野外調查、測量、二維地震、鉆探等相關工作的密切協同下，為國家勘探發現一個儲量達三億多噸的大型煤炭后備資源基地。

3.1 控制測量

控制測量一直是各類傳統測量工作的基礎和保障。GPS-RTK技術以其測量精度高、速度快正逐步替代常規控制測量方式而成為各類地質勘探控制網建立的主要手段。在以往工作中：邊長為5～10km的三、四等基本控制網，可優先采用GPS快速靜態定位模式。邊長在10～15km的GPS基線向量，如果有效觀測時刻的衛星足夠多和外部觀測條件足夠好，可采用快速靜態定位模式。如果在平原開闊地區，可使用動態定位模式；設備條件許可和外部觀測環境合適時，也可使用動態模式。邊長小于5km的控制網基線，則根據具體條件和要求選用動態定位模式和快速靜態定位方法。綜合考慮項目區的現實狀況，我們采用GPS快速靜態定位模式布設了87個四等基本控制點，采用動態定位模式布設了156個一級圖根控制點，所有的測量成果均優于或達到國家相關規范限差要求。

3.2 工程點的布設

在采用全站儀等傳統的測量方法時，需要布設大量高等級的測量控制點以

減少各類地物對觀測視線的遮擋和阻礙。而GPS-RTK技術在大量節省人力物力的同時，使測量作業人員從繁重的體力和腦力勞動中解放出來，可以快速高效完成項目區的工程點布設工作。首先，在勘查項目區首級控制網的基礎上，合理確定礦區工程點的地理分布及工作路線；然后只需將設計工程點坐標輸入到移動站手簿上，利用RTK的放樣功能把工程點布設到實地。

為了檢測RTK布設的工程點精度，一定數量工程點的檢核工作是必不可少的：

表1 全站儀支導線點已知坐標與RTK得坐標及其差值

點號

全站儀導線點坐標

CORS系統控制點坐標

ΔX/cm

ΔY/cm

ΔH/cm

X

Y

H

X

Y

H

1

3824861.674

636956.611

286.178

3824861.681

636956.621

286.183

-0. 7

-1.0

-0.5

2

3824879.657

637304.244

331.949

3824879.649

637304.238

331.956

0. 8

0.6

-0.7

3

3824940.057

637351.918

330.205

3824940.051

637351.912

330.214

0. 6

0.6

-0.9

4

3824936.230

637412.885

335.384

3824936.225

637412.879

335.378

0. 5

0.6

0.6

5

3824844.611

637524.535

324.801

3824844.618

637524.541

324.811

-0. 7

-0.6

-1.0

6

3824926.865

637556.532

330.699

3824926.885

637556.542

330.685

-2.0

-1.0

1.4

7

3825026.065

637637.839

333.185

3825026.043

637637.821

333.171

2.2

1.8

1.4

8

3825145.265

636400.321

239.529

3825145.274

636400.328

239.533

-0.9

-0.9

-0.4

9

3825221.939

636475.104

248.448

3825221.945

636475.111

248.454

-0.6

-0，7

-0.6

10

3824771.613

638169.588

333.643

3824771.633

638169.598

333.625

-2.0

-1.0

1.8

11

3824874.477

637735.863

335.710

3824874.492

637735.882

335.723

-1.5

-1.9

-1.3

12

3824770.723

637906.581

336.103

3824770.729

637906.591

336.113

-0.6

-1.5

-1.0

根據公式計算各個點的點位誤差，見表2

表2 各個點的點位誤差

點名

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

點位誤差

1.2

1.0

0.8

0.8

0.9

2.2

2.8

1.1

0.9

2.2

2.4

1.2

根據公式，計算點位的中誤差為1.58 cm，計算高程的中誤差為1.54 cm。由計算的各個點位誤差和高程的中誤差看，RTK測量成果的平面中誤差高程中誤差均未超過5cm。

3.3 勘探線剖面測量

按地質勘探要求，為了提供勘探設計、工程布設、儲量計算和綜合研究的準確基礎資料，勘探線剖面測量應嚴格按規范要求及勘查項目區設計要求去完成。勘查項目區布設了6條勘探線，共計33.53km。如果采用傳統的全站儀勘探線剖面測量方法，先由一到兩名地質工作人員布設剖面起始點，再由兩到三名測量人員從起始點按剖面設計方向定線，沿給定的方向線上測定剖面測站點、剖面點（包括工程位置點、地質點、地物點、地貌變換點）以及剖控點。如遇到房屋，樹木等障礙物，需要頻繁的遷站，野外工作效率大大降低，而采用RTK的放樣功能僅需一人就能完成勘探線剖面測量工作，在提高工作效率的同時還測量誤差積累的影響。

3.4 地質工程點定位測量

采用半儀器法或者手持GPS是傳統質工程點定位的主要方法，但這些定位方法費時費力，且精度較低。現在使用GPS-RTK進行地質工程點定位測量就比較方便快捷了，厘米級的測量精度遠遠超過了國家相關規范的技術要求。野外作業時，應優先利用項目區內先期布設的距離不超過15km首級控制點作為基準點進行工作。如果首級控制點離需要定位測量的工程點較遠，還可利用RTK測量方法將控制點引測到工作區，然后選擇有利地形架設基準站，最后利用移動站對各地質工程點進行測量。根據相關規范和技術設計要求，在項目區完成了400多個各類工程點的定位測量工作，為相關地質工作的開展提供了高精度的測量數據。

3.5 物化探測量

布設物化探網是物化探工作的基礎，一般是先在項目區內運用測量的方法，沿直線方向布設一系列等距離或者按一定規律分布的物化探觀測點或取樣點，即布設物化探網。過去物化探測網布設工作主要是由專業測量人員用經緯儀或全站儀來進行作業，測量人員與物化探人員之間必須密切配合，這種傳統方法會增加很大的項目成本，且費力費時。而利用GPS-RTK的線放樣功能是很容易辦到的，且其工作效率也大大得到提高。首先把設計好的基線或測線點輸入到RTK移動站手簿上，然后由物化探人員利用GPS-RTK將設計點位布設到實地。根據項目區技術設計，開展了網度為的1000×2000m二維地震勘查測網布設，共完成了地震剖面50.8km及2434個物理點的定位測量工作。

4 問題討論

GPS-RTK野外作業時雖然有速度快、精度高的優勢，但受一系列技術和觀測條件的影響，也具有它的缺點和不足。因為缺少必要的檢核條件，如果測量作業人員操作失誤或某些技術問題處理不當，都將會給測量成果帶來嚴重影響。因此，相對于GPS靜態測量，RTK對測量作業人員提出了更高的要求。

4.1 GPS-RTK測量誤差來源和精度分析

RTK測量誤差包括同距離有關的誤差和同測站有關的誤差。同距離有關的誤差包括電離層誤差、對流層誤差和軌道誤差，該部分誤差將隨移動站至基準站的距離增大而加大，故RTK測量時應對作業半徑加以限制。與測站有關的誤差包括多路徑誤差、天線相位中心變化、信號干擾和氣象因素影響等，該部分誤差可通過各種校正方法和有效技術措施予以削弱。與傳統的經緯儀視距、全站儀相比，使用GPS-RTK技術能顯著地提高地質勘探工程測量精度。如在地質工程點定位測量時，GPS-RTK直接在高等級控制點下工作，大大降低測量點位的累積誤差。在測網和剖面布設時GPS-RTK能基本消除網線偏移和網閉合差。

4.2 基準站和移動站的設置

利用GPS-RTK進行地質勘探工程測量，基準站的設置特別重要。第一，基準站必須遠離各種強電磁干擾源（如微波站、無線發射塔、變電站、高壓線、電視臺等）；第二，基準站電臺天線和移動站天線之間無大的遮擋物（如高層建筑物、高山等），且天線應設置高一些；第三，基準站周圍應無明顯的大面積的信號反射物（如大型建筑、大面積水域等）。

移動站的設置要特別注意以下幾點：一是坐標參數的選擇使用對測量精度的影響非常大，因此基準站和移動站的各項參數設置必須保持一致；二是移動站要始終保持與基準站的數據鏈連接，如果作業范圍超過了基準站的有效工作半徑，會使測量成果的精度大大降低；三是移動站設置時必須注意對中整平和輸人數據的準確性；四是在山區會存在不同程度的高程異常，因此需要盡可能多的聯測測區的高等級控制點，加強檢核，以有效降低高程異常對測量成果的精度影響。

5 結語

RTK技術是GPS定位技術的一個新的里程碑，它大大提高了測量效率并開拓了GPS新的應用領域。GPS-RTK從根本上改變了測量工作的傳統作業方法，為地質勘探工程測量提供了十分有力的技術支撐和保障。GPS-RTK在地質工程測量能有效的改變傳統測量工作的弊端，縮短作業時間，降低勞動強度，提高測量成果精度，極大的提升測繪行業的自動化建設水平。隨著數據傳輸能力的增強、數據的穩健性、抗干擾性水平和軟件水平的提高，RTK技術將在地質勘測和其他領域有更廣闊的應用空間。

參考文獻

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