水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用

賈邦中

摘要：水環(huán)工地質(zhì)調(diào)查是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)保障，目前水環(huán)工地質(zhì)調(diào)查中有許多的技術(shù)被應(yīng)用，其中GPSRTK技術(shù)是當(dāng)前一種新型的探測(cè)技術(shù)，它以其效率高、精確度高等優(yōu)點(diǎn)從眾多的探測(cè)技術(shù)中脫穎而出，本文就對(duì)GPSRTK技術(shù)在水環(huán)工地質(zhì)調(diào)查方面的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探索，通過分析GPSRTK技術(shù)的原理，對(duì)其在環(huán)境污染、碳?xì)湮廴痉矫娴膽?yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，希冀能夠?yàn)橐院笤谶@一方面的研究工作提供一份可供參考的資料。

關(guān)鍵詞：水環(huán)工；GPSRTK技術(shù)；精確；環(huán)境保護(hù)

1.引言

水工環(huán)地質(zhì)是工程、水文、環(huán)境三種地質(zhì)的總稱，其勘測(cè)工作主要是對(duì)地下水資源、自然地質(zhì)環(huán)境以及工程建設(shè)這三方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)對(duì)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)體系，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相適應(yīng)有著非常重要的作用。隨著環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，國家對(duì)環(huán)境的保護(hù)和治理的力度也逐漸加大，在這一新的形勢(shì)下，探索高效新型的水文環(huán)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)，改變以往盲目探索的問題，形成一套完善的水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)模式，成為水環(huán)工地質(zhì)探測(cè)發(fā)展的重點(diǎn)，同時(shí)做好水環(huán)工地質(zhì)探測(cè)工作將成為可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)的保障。

隨著科技水平的不斷提升，衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)開始進(jìn)入到我們的日常生活中來，GPS技術(shù)以其精準(zhǔn)、便捷的優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。這其中，GPSRTK技術(shù)是以載波相位測(cè)量為基礎(chǔ)的一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量定位系統(tǒng)，這一技術(shù)可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)所處的位置信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在水環(huán)工地質(zhì)調(diào)查中可以提供更加精準(zhǔn)的位置坐標(biāo)，因此被推廣開來。GPSRTK技術(shù)采用個(gè)差分法計(jì)算原理，這種方法可以很好地降低在修正載波測(cè)量過程中所產(chǎn)生的誤差，提高計(jì)算的精確性。目前GPSRTK技術(shù)在水環(huán)工地質(zhì)調(diào)查中占據(jù)著非常重要的地位，其功能應(yīng)用、服務(wù)質(zhì)量也在不斷地提升，同時(shí)也在朝著更廣泛的應(yīng)用方向發(fā)展。

2.基本工作原理

GPSRTK是由兩種系統(tǒng)組合而成的一種精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，首先它是根據(jù)載波相位觀測(cè)量為基礎(chǔ)進(jìn)行GPS定位的系統(tǒng)；其次，采用RTK系統(tǒng)對(duì)載波相位測(cè)量過程中產(chǎn)生的殘余誤差進(jìn)行降低，進(jìn)而提高其定位的精確度，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)的表明，其精確程度可達(dá)到厘米級(jí)。

實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量主要是通過以下的步驟進(jìn)行，首先安放一臺(tái)GPS接收機(jī)在基準(zhǔn)觀測(cè)站上，然后就是通過GPS衛(wèi)星對(duì)地面坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)，并將觀測(cè)的信息通過無線電傳送裝置傳送到用戶觀測(cè)站的GPS接收機(jī)上，接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)也通過無線電傳輸接收基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)和信息，然后通過轉(zhuǎn)換參數(shù)、處理器處理后，根據(jù)GPS相對(duì)定位的原理，計(jì)算出相對(duì)于基準(zhǔn)站的基線向量，得出基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)，最后通過坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換計(jì)算出用戶的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)。

2.1 GPS技術(shù)

GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，可以在導(dǎo)航定位系統(tǒng)的輔助下全面收集載波相位數(shù)據(jù)，有效地保證了地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。GPS技術(shù)可以在衛(wèi)星和地面之間定位空間。在地面基站的幫助下，安排了高性能，高水平的GPS接收機(jī)，并選擇了實(shí)時(shí)觀測(cè)方法，很好地進(jìn)行了信號(hào)的傳輸和轉(zhuǎn)換。通過該鏈接，可以將地面GPS接收器的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線電信號(hào)，并通過精確計(jì)算基線向量，由現(xiàn)階段要測(cè)試的基站確定目標(biāo)，這是由于國內(nèi)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的研究對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的深入實(shí)施，在一定程度上擴(kuò)大了GPS技術(shù)的應(yīng)用空間，其在地質(zhì)礦產(chǎn)資源，水文地質(zhì)勘探中，在城市規(guī)劃領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

2.2 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)基于動(dòng)態(tài)差異原理。從傳統(tǒng)的角度來看，RTK技術(shù)將數(shù)據(jù)誤差控制在厘米范圍內(nèi)，即它以基站和移動(dòng)站的位置為導(dǎo)向，在接收設(shè)備的幫助下接收數(shù)據(jù)，并在接收設(shè)備上進(jìn)行比較分析。接收設(shè)備來自同一來源的衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)據(jù)。經(jīng)過差異校正后，可以集成無線傳輸設(shè)備以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)平臺(tái)，這最適合于環(huán)境污染和地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和調(diào)查。此外，RTK技術(shù)還具有自動(dòng)化，數(shù)據(jù)可靠，安全系數(shù)高，效率高，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

3. GPS RTK技術(shù)在水利工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用價(jià)值

（1）工作原理。GPS RTK是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，其工作原理是：根據(jù)每個(gè)衛(wèi)星的觀測(cè)情況，在基站上安裝GPS接收器；在連續(xù)觀測(cè)的前提下，數(shù)據(jù)信號(hào)通過衛(wèi)星傳輸?shù)教煳呐_(tái)，而無線電設(shè)備承擔(dān)起了衛(wèi)星和天文臺(tái)信號(hào)的傳播的任務(wù)。GPS接收器不斷地接受發(fā)射來的數(shù)據(jù)，不斷變化參數(shù)，通過GPS定位以及科學(xué)的預(yù)算，找到另一個(gè)坐標(biāo)，即wgs-84。結(jié)合wgs-84坐標(biāo)和局部坐標(biāo)之間的參數(shù)，可以真正顯示所需的精度和系數(shù)。（2）應(yīng)用價(jià)值。首先，效率與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，GPS RTK技術(shù)具有高強(qiáng)度測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。換句話說，在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中，現(xiàn)代的RTK基站可以測(cè)量半徑為5000m的區(qū)域，僅通過一個(gè)測(cè)量結(jié)果就可以弄清地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，不再大量的安裝一些其他無用的設(shè)備，減少資金投入，和資源浪費(fèi)。簡(jiǎn)而言之，GPS RTK技術(shù)不僅可以減少測(cè)量人員的工作量，而且可以縮短地質(zhì)勘測(cè)周期，從而在短時(shí)間內(nèi)做好勘察的目的和意義，真正實(shí)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。增加地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的效率。其次，定位準(zhǔn)確，GPS RTK技術(shù)是一種典型的技術(shù)，該技術(shù)基于載波相位，用于對(duì)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)定位。換句話說，使用了天文臺(tái)的三維坐標(biāo)，并使用了實(shí)時(shí)定位分析中的數(shù)據(jù)變化以使其精確到厘米級(jí)。如果在實(shí)際的地質(zhì)調(diào)查中完全貫徹GPS RTK的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就可以避免測(cè)量誤差，這不僅是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在平面和仰角上精度的合理提高，而且是避免測(cè)量的核心方法。GPS RTK技術(shù)相對(duì)于普通的技術(shù)，只需要按照循電磁波直視技術(shù)的原理，不需要按照兩點(diǎn)光學(xué)直視，就可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這也是技術(shù)的一大創(chuàng)新。在數(shù)據(jù)測(cè)量這方面，GPS RTK技術(shù)在水利工程環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)24h不間斷運(yùn)行的目的，而不受外界因素的干擾。最后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。針對(duì)水利工程和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，GPS RTK技術(shù)可用于各種環(huán)境的測(cè)繪工程中，以減少或控制人為錯(cuò)誤，提高數(shù)據(jù)測(cè)繪的精度。另外，借助專業(yè)的軟件映射功能，以其多樣化的優(yōu)勢(shì)來進(jìn)行自動(dòng)映射。

4. GPS RTK技術(shù)在水環(huán)境地質(zhì)勘探中的優(yōu)勢(shì)

（1）與傳統(tǒng)的高效率測(cè)量方法相比，測(cè)量控制點(diǎn)的數(shù)量為GPS RTK測(cè)量技術(shù)和移動(dòng)所需，大大減少了測(cè)量?jī)x器的數(shù)量，并且只能測(cè)量一次操作，每次放樣花費(fèi)的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量過程僅需1.2s，僅需要在此時(shí)間范圍內(nèi)即可完成放樣點(diǎn)測(cè)量。另外，對(duì)于一般的地形和地形測(cè)量，RTK技術(shù)只需對(duì)半徑為5km的測(cè)量區(qū)域進(jìn)行一次測(cè)量即可保證測(cè)量精度，大大減少了測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)量效率。（2）高定位精度RTK技術(shù)具有很高的定位精度。通常，有必要確保RTK測(cè)量滿足的基本條件可以確保測(cè)量精度。特別是對(duì)于一般定位，RTK的仰角和平面精度可以達(dá)到厘米級(jí)，并且不會(huì)積累測(cè)量誤差。（3）RTK技術(shù)在全天候運(yùn)行中的工作要求只需要滿足空氣和電磁波穿透的要求，而兩點(diǎn)之間就不必滿足光學(xué)穿透的要求。因此，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，RTK技術(shù)通常在雨天，強(qiáng)風(fēng)和其他天氣條件下工作的障礙較少，這意味著它可以實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行。（4）具有高度自動(dòng)化和集成度的RTK技術(shù)可以滿足各種制圖領(lǐng)域的要求。操作設(shè)備軟件中內(nèi)置了各種映射功能，可以實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化和集成度，從而大大減少了人為操作錯(cuò)誤，提高了操作精度。

5.水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPSRTK技術(shù)的具體運(yùn)用

GPS系統(tǒng)經(jīng)過多年的探索與發(fā)展，已經(jīng)有了很完善的技術(shù)儲(chǔ)備，在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域中的應(yīng)用也逐漸推廣開來，如近幾年在環(huán)境污染、碳?xì)湮廴镜阮I(lǐng)域GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸走向成熟。

（1）環(huán)境污染。根據(jù)大數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)得知，在環(huán)境污染勘測(cè)領(lǐng)域GPS RTK技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，應(yīng)用這一技術(shù)可以可以獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，并上傳到數(shù)據(jù)管理部門，使工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，從而以最短的時(shí)間確定環(huán)境污染的位置以及污染的原因，以便于及時(shí)的做好解決的對(duì)策。而想要達(dá)到這一個(gè)效果，還要有一定的輔助裝置才可以，首先是應(yīng)用GPS RTK技術(shù)要結(jié)合集裝箱的使用，這樣可以保證得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性更高，如果待檢測(cè)的區(qū)域以及相鄰區(qū)域沒有污染或者污染的趨勢(shì)時(shí)，需要對(duì)潛水面進(jìn)行污染物探測(cè)，這時(shí)就可以應(yīng)用GPS RTK技術(shù)對(duì)潛水面上的懸浮顆粒物進(jìn)行探測(cè)，假若污染物呈現(xiàn)飽和的狀態(tài)，則無法對(duì)潛水面進(jìn)行探測(cè)，但是可以獲得準(zhǔn)確的水工環(huán)的地質(zhì)數(shù)據(jù)。我們以一個(gè)實(shí)例為代表來說明其在環(huán)境污染檢測(cè)方面的應(yīng)用。

在山東某地有一硝化纖維廠，該地區(qū)地層為石灰?guī)r區(qū)域。由于纖維廠對(duì)產(chǎn)生的化學(xué)污水管理不善導(dǎo)致發(fā)生泄漏引發(fā)了周邊的環(huán)境地質(zhì)問題，污染物主要是硝化纖維。為了對(duì)該區(qū)域的水質(zhì)調(diào)查，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛水面、地表水以及巖溶等區(qū)域的硝化纖維含量的測(cè)量，先在井下進(jìn)行雷達(dá)鉆孔，按照深度鉆15個(gè)30m的孔和6個(gè)50m的孔，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，以“HK疊加法”作為應(yīng)用基準(zhǔn)，繪制三維數(shù)據(jù)圖。通過該種方式的運(yùn)用，可以圖像重建為核心，將探測(cè)深度控制在10m，隨后利用后續(xù)硝化纖維污染點(diǎn)的開

挖，對(duì)地質(zhì)環(huán)境污染問題予以根本上解決，即表明GPS RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，具有顯著探測(cè)效果。

（2）GPS RTK在南極多年凍土安全檢查中的應(yīng)用被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在計(jì)劃進(jìn)行南極勘探的場(chǎng)所之一中，地下冰層0.3m～ 0.5m處有融化坑，這會(huì)對(duì)科學(xué)勘探場(chǎng)所產(chǎn)生不利影響。基于此，他們使用GPS技術(shù)對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)查。但他們研究了實(shí)測(cè)的衍射波結(jié)構(gòu)信息后發(fā)現(xiàn)有一片冰，但是含水量卻很少。

（3）GPS RTK在區(qū)域水文雷達(dá)數(shù)據(jù)觀測(cè)中的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)特征和地質(zhì)主體結(jié)構(gòu)將對(duì)雷達(dá)響應(yīng)產(chǎn)生一定的影響，并具有一定的特征作用。這些特征效應(yīng)實(shí)際上稱為雷達(dá)相位圖元素。自1990年以來，荷蘭TNO應(yīng)用地質(zhì)研究所已使用GPS技術(shù)測(cè)量和研究了多個(gè)測(cè)試地點(diǎn)，以評(píng)估GPS特性和針對(duì)不同水文地質(zhì)目標(biāo)的成像可能性。研究結(jié)果揭示了荷蘭不同沉積環(huán)境下雷達(dá)相圖要素的特征，對(duì)確定水文地質(zhì)序列的位置具有重要意義。

（4）碳?xì)湮廴疚铩Ｔ谒h(huán)工地質(zhì)勘查中GPSRTK技術(shù)之所以有如此廣泛的應(yīng)用是因?yàn)槠渚哂衅渌夹g(shù)門類所不具備的一些優(yōu)勢(shì)，比如說在野外勘察中，GPSRTK技術(shù)受外界環(huán)境影響程度較低，在較短時(shí)間內(nèi)得到比較可靠的地質(zhì)勘探的結(jié)果。為了驗(yàn)證這一優(yōu)點(diǎn)，國外的一位勘探人員曾經(jīng)做過長(zhǎng)方體集裝箱試驗(yàn)調(diào)查工作，結(jié)果表明符合理論數(shù)值。

為了進(jìn)一步的發(fā)掘GPSRTK技術(shù)在碳?xì)湮廴疚锾綔y(cè)方面的作用，通過使用雷達(dá)，用水文參數(shù)以及雷達(dá)的響應(yīng)間對(duì)比處理模式為數(shù)據(jù)，進(jìn)行試驗(yàn)分析。通過試驗(yàn)得到了以下的結(jié)論，首先是在污染物達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，GPS RTK技術(shù)無法對(duì)潛水面的污染程度進(jìn)行探測(cè)；而當(dāng)在相鄰的區(qū)域沒有發(fā)生污染的情況下，GPS RTK技術(shù)在潛水面的探測(cè)結(jié)果最為有效；試驗(yàn)項(xiàng)目開展的目的主要是對(duì)砂質(zhì)的土壤進(jìn)行探測(cè)。在多元化水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)毛細(xì)水頭、羽狀污染物等傳播速率進(jìn)行針對(duì)性把控，如在石油污染（如圖1）探測(cè)案例中，對(duì)GPS RTK技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用。

在石油污染探測(cè)中想要充分發(fā)揮GPS RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，也要做好相應(yīng)的操作步驟，整個(gè)過程分為三步：準(zhǔn)備、參數(shù)轉(zhuǎn)換以及施測(cè)。下面我們具體對(duì)這三個(gè)步驟進(jìn)行說明：第一個(gè)是準(zhǔn)備工作，首先要對(duì)待探測(cè)石油污染地區(qū)的平面資料以及三維資料進(jìn)行收集，通過資料來確定待測(cè)點(diǎn)的位置，之后就是布設(shè)基準(zhǔn)站、流動(dòng)站并設(shè)置好參數(shù)，保證數(shù)據(jù)的一致性。第二個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換工作主要是將第一步中收到的參數(shù)信息為基準(zhǔn)繪制坐標(biāo)系，做好信息的篩選，并對(duì)參數(shù)的分布趨勢(shì)進(jìn)行分析，以便于GPS軟件能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的轉(zhuǎn)換。第三個(gè)施測(cè)就是對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行精確的觀察，目前常用的施測(cè)設(shè)備是徠卡1200型動(dòng)態(tài)GPS RTK施測(cè)儀，這種設(shè)備具有高低度角、快速跟蹤、更新速度快以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)檢測(cè)中精度可以達(dá)到±5mm+1ppm×D（D為基線長(zhǎng)度），在幾秒之內(nèi)就可以完成測(cè)量，在距離方面于15000m內(nèi)精確度可以達(dá)到99.9%，具有很可靠的使用性能。

6.結(jié)束語

綜上所述，我們可以知道GPS RTK技術(shù)在水環(huán)工地質(zhì)檢測(cè)方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。隨著科技的不斷發(fā)展，多樣化、智能化、柔性化的探測(cè)技術(shù)在水環(huán)工地質(zhì)探測(cè)領(lǐng)域中開始全面應(yīng)用，工程探測(cè)單位在保證探測(cè)水平與質(zhì)量的前提下，開始對(duì)探測(cè)的效率、精確度以及降低勞動(dòng)強(qiáng)度等方面進(jìn)行多樣化的選擇，這促進(jìn)了對(duì)先進(jìn)技術(shù)以及設(shè)備的科學(xué)研究，增大的了創(chuàng)新發(fā)展的步伐。GPS RTK技術(shù)正是在不斷地創(chuàng)新中探索出來，它以其高效率、高精準(zhǔn)、高度自動(dòng)化以及高強(qiáng)度作業(yè)等優(yōu)勢(shì)從眾多的探測(cè)技術(shù)中脫穎而出，使其成為環(huán)境污染、碳?xì)湮廴疽约八牡刭|(zhì)調(diào)查、安全檢驗(yàn)等領(lǐng)域中的不二之選。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯偉光.水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用[J].地球， 2016，（03）：186-187.

[2]陸勝，曹亞良.探析水工環(huán)地質(zhì)勘察中GPS RTK的技術(shù)應(yīng)用[J].科技視界， 2015（06）：252.

[3]李璞.探析水工環(huán)地質(zhì)勘察中GPS RTK的技術(shù)應(yīng)用[J].中國科技縱橫， 2017（18）：34-36.

[4]汪濤.研究水工環(huán)地質(zhì)勘察中的GPS RTK的技術(shù)應(yīng)用[J].大科技， 2017（06）：89.

[5]張旭，吳廣宇.試析GPS RTK在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的運(yùn)用[J].河南科技， 2014（10）：43.

[6]溫俊濤. GPS RTK在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）， 2009（01）：245.