關(guān)于地質(zhì)測量中動態(tài)GPS-RTK測量作業(yè)方式

彭志國

（湖南省煤業(yè)集團興源礦業(yè)有限公司伍家沖煤礦，湖南 耒陽 421800）

隨著我國各項科技技術(shù)的不斷向前發(fā)展，GPS-RTK技術(shù)作為地質(zhì)勘察和測量工作中的一項新型測量技術(shù)，在地質(zhì)勘測工作中發(fā)揮出的工作優(yōu)勢非常明顯。由于傳統(tǒng)的地質(zhì)勘察工作，通常情況下都基于控制點的基礎(chǔ)之上，使用測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、測角交匯等傳統(tǒng)的測量方法來加以開展。傳統(tǒng)的測量技術(shù)手段在測量點位方面必須要滿足相應(yīng)的通視測量條件，同時在測量工作中經(jīng)常會受到氣象以及時間方面因素的影響。因此，為了有效提高測量工作的精度和效率經(jīng)常需要砍伐大量的樹木，并且在整個勘察時間上相對較長，消耗的經(jīng)濟成本較高并且數(shù)據(jù)精確度較低。通過GPS-RTK測量技術(shù)的有效應(yīng)用，將RTK動態(tài)測量技術(shù)與GPS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)之間進行有效銜接，具有更加實時性、高效化照測量工作優(yōu)勢，并且不會受到充斥條件方面因素的影響。因此，在我國地質(zhì)測量工作當(dāng)中應(yīng)用非常普遍，所發(fā)揮出的測量作業(yè)優(yōu)勢非常明顯，受到了我國相關(guān)地質(zhì)勘測工作單位的充分重視和應(yīng)用。

1 GPS-RTK測量技術(shù)分析

1.1 測量工作原理

GPS-RTK系統(tǒng)主要是通過基準(zhǔn)站、流動站以及多個通信系統(tǒng)等環(huán)節(jié)所構(gòu)成,其中一個GPS-RTK系統(tǒng)至少需要兩個以上的GPS接收機設(shè)備作為勘測基準(zhǔn)站和流動站，GPS-RTK技術(shù)主要是基于載波相位工作原理來獲取相應(yīng)的觀測量，屬于一種實時差分GPS測量技術(shù).在野外的地質(zhì)勘測工作中所獲取的勘測點為水平精度可以實現(xiàn)厘米級別，主要是將GPS接收機設(shè)置在基準(zhǔn)站用來觀測可見的GPS衛(wèi)星，同時有效運用無線電接收設(shè)備，將收集到的觀測數(shù)據(jù)及時傳達(dá)到用戶站當(dāng)中來進行分析。用戶站方面通過觀測站GPS接收機設(shè)備，通過無線電接收基準(zhǔn)站的觀測數(shù)據(jù)信息，然后對數(shù)據(jù)進行針對性分析和計算，可以有效獲取用戶觀測站的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及保證數(shù)據(jù)的精確度。基準(zhǔn)站當(dāng)中將所接收到的所有衛(wèi)星信號，通過系統(tǒng)直接傳輸給流動站/流動站在接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的同時，也接收基準(zhǔn)站傳來的衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)流動站初始化工作完成之后，將所接收到的基準(zhǔn)站信息直接傳輸?shù)娇刂破鲀?nèi)部，同時將基準(zhǔn)站的載波觀測信號和自身所收集到的載波信號之間展開差分處理工作，可以有效得出兩個基準(zhǔn)站之間的基線參數(shù)，同時輸入相應(yīng)的測量坐標(biāo)投影參數(shù)以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化參數(shù)等，即可實時性獲取相應(yīng)的測量坐標(biāo)點位,測量原理如圖1：

圖1 GPS-RTK測量工作原理

1.2 GPS-RTK測量作業(yè)流程

1.2.1 業(yè)內(nèi)準(zhǔn)備工作

在正式開始進行GPS-RTK外業(yè)測量工作之前，需要對工作區(qū)域范圍內(nèi)進行全面勘察和分析，根據(jù)測量工作特性展開業(yè)內(nèi)準(zhǔn)備工作，首先需要有效確定勘測工程名稱，有效收集控制點的相關(guān)資料。其次，展開外業(yè)勘查工作有效判斷控制點的基準(zhǔn)點位置是否合理。基準(zhǔn)站和流動站內(nèi)部對勘測數(shù)據(jù)收集速率分別為1～2s、4～5s，勘測高度截止角通常設(shè)定為10°。如果坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)已經(jīng)確定則可以直接進行使用。在工程放樣工作正式開始之前，業(yè)內(nèi)輸入需要對放樣點的線路以及測量區(qū)域?qū)?yīng)的設(shè)計坐標(biāo)和方位角等進行確認(rèn)，為后續(xù)的野外勘測作業(yè)打下良好的基礎(chǔ)[1]。如圖2。

圖2 GPS-RTK測量工作流程

1.2.2 工作區(qū)轉(zhuǎn)化參數(shù)計算

GPS-RTK測量技術(shù)主要是在WGS-84坐標(biāo)系當(dāng)中來加以開展，而地質(zhì)勘察測量工作屬于在獨立的坐標(biāo)體系當(dāng)中來加以進行，二者之間存在坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)化方面的問題，而GPS-RTK實時性測量工作需要有效結(jié)合當(dāng)?shù)貐^(qū)域的坐標(biāo)條件，測量區(qū)域的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化和定位至關(guān)重要。對于大面積的勘測工作區(qū)域，相關(guān)工作人員需要提前將轉(zhuǎn)化參數(shù)進行測定基準(zhǔn)站坐標(biāo)與參數(shù)作業(yè)可以直接進行使用，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化參數(shù)可以在作業(yè)工作當(dāng)中直接進行求解，同時基準(zhǔn)站需要設(shè)置在通視環(huán)境條件更好的位置，同時準(zhǔn)確獲取單點定位參數(shù)坐標(biāo)，然后流動站通過聯(lián)測高等級控制點要求轉(zhuǎn)化出相應(yīng)的測量參數(shù)，獲取三個以上的已知測量點位。

1.2.3 基準(zhǔn)點的設(shè)置和測量

為了進一步保證GPS-RTK測量工作的精確度，全面提高地質(zhì)測量工作效率，對于基準(zhǔn)站的設(shè)置工作必須要滿足以下幾個方面測量條件：第一，基準(zhǔn)站需要設(shè)置在精確坐標(biāo)的已知點位之上，或者設(shè)置在通視條件比較良好的未知點位上。其次，基準(zhǔn)站的設(shè)置需要盡可能選擇在地勢較高并且交通更加便利的位置，要保證通視條件更好不存在嚴(yán)重的電磁波干擾區(qū)域，以此來有效保證勘測數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，如圖3。為了有效防止多路徑效應(yīng)對數(shù)據(jù)信息傳輸所產(chǎn)生的影響，在基準(zhǔn)站到200m范圍之內(nèi)不能存在明顯的干擾源，同時周圍不存在GPS信號反射源等，為了進一步提高GPS-RTK測量數(shù)據(jù)的精確度，必須要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測量技術(shù)規(guī)范要求來進行操作[2]。

圖3 基準(zhǔn)點設(shè)定

2 GPS-RTK測量技術(shù)在地質(zhì)測量工作中的具體應(yīng)用

在地質(zhì)勘察工作過程中，主要的工作任務(wù)包含了地形勘測、鉆孔點位測量、地質(zhì)點測量、坑道測量、以及挖槽點測量等多方面工作。通過GPS RTK測量技術(shù)的有效應(yīng)用為地質(zhì)測量工作帶來了更大的便利，和傳統(tǒng)的測量技術(shù)方法相比，在整個測量速率精度以及經(jīng)濟性上都有了明顯的提升，在具體的地質(zhì)勘測工作中，具體分為以下幾個環(huán)節(jié)技術(shù)要點。

2.1 GPS-RTK測量放樣

在勘察區(qū)域范圍內(nèi)需要充分做好前期的測量和放樣工作，基于控制測量技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過使用點校正可以求得相應(yīng)的測量坐標(biāo)與轉(zhuǎn)化參數(shù)，將基準(zhǔn)站設(shè)置在通視條件良好，并且周圍沒有明顯的電磁干擾位置之上。當(dāng)測量工作區(qū)域存在5顆以上可見的GPS衛(wèi)星條件下，同時位置精度強弱度數(shù)值不超過6，則可以直接獲取固定結(jié)只需要5～15s，每一個移動站的測量工作只需要一名工作人員即可完成。在正式開始作業(yè)之前需要全面檢查，已知道控制點位情況系統(tǒng)確認(rèn)無誤之后，則可以進行后續(xù)的放樣作業(yè)處理，其中重點包含了地形點位、坑道位置測量、工程點位以及剖面勘探等采集工作需要1～10s。GPS-RTK處理工作流程非常簡單，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可以將外部作業(yè)測量所獲取的坐標(biāo)直接下載到計算機系統(tǒng)當(dāng)中，通過進一步的整理分析和判斷之后，可以進行后續(xù)的數(shù)據(jù)分類打印。在放樣工作方面GPSRTK技術(shù)可以實時性導(dǎo)出相應(yīng)的導(dǎo)航參數(shù)信息，可以給出定位的精確度，同時可以快速找到對應(yīng)的測量工作點位。如果放點和測量點直接設(shè)置在勘探線路上，也可以很快進行上線通過GPSRTK放樣處理導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息，不需要通過對講機來進行人工傳送，基于導(dǎo)航視圖快速上點和上線使得整個數(shù)據(jù)信息傳輸工作效率明顯提升。

2.2 野外勘測作業(yè)

首先，將工作區(qū)域范圍內(nèi)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化參數(shù)，直接輸送到基準(zhǔn)站內(nèi)部GPS接收機實時性動態(tài)差分系統(tǒng)當(dāng)中，然后在基準(zhǔn)點位置設(shè)置出相應(yīng)的GPS接收機，設(shè)備向接收機輸入天線高度和地方坐標(biāo)參數(shù)信息。根據(jù)轉(zhuǎn)化參數(shù)可以將地方坐標(biāo)參數(shù)信息轉(zhuǎn)化成WGS-84坐標(biāo)系在此工作當(dāng)中。基于基準(zhǔn)站使用電臺發(fā)送實時性觀測數(shù)值，測站坐標(biāo)數(shù)值接收機工作狀態(tài)以及衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)等。通過流動站接收基準(zhǔn)站發(fā)來的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)進一步處理，可以得到該點位的WGS-84的坐標(biāo)[3]。

2.3 具體應(yīng)用案例

針對我國某地區(qū)一處礦區(qū)地質(zhì)勘查工作進行分析和研究，本次的地質(zhì)勘察工作總面積大約為11m2。該區(qū)域的交通便利位于某個中低山區(qū)的中間部位，整個礦區(qū)呈V字型溝谷發(fā)育形態(tài)，最高海拔450m、地勢比高350m。礦區(qū)構(gòu)造為侵蝕地形地貌條件坡度為25°以上，屬于高山森林區(qū)段被大面積的植被所覆蓋。

通過GPS-RTK測量技術(shù)的應(yīng)用，將測量工作區(qū)域的三個GPS點位設(shè)置為已知的控制點，點位設(shè)置在礦區(qū)的周圍基準(zhǔn)站設(shè)置，在某一個已知點位上控制點，到WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)大地標(biāo)高和平面坐標(biāo)。通過流動站獲取相應(yīng)的測量參數(shù)，從而可以得到勘察工作區(qū)域范圍內(nèi)的加密控制點坐標(biāo)參數(shù)，測量工作根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作規(guī)范要求來加以開展，在整個測量精度和測量方法上均達(dá)到了勘察要求。通過對測量工作精度進行檢測，使用GPS-RTK測量作業(yè)方法，在已知設(shè)定的移動站所獲取的測量參數(shù)數(shù)據(jù)，對設(shè)定的三個點位進行了同步測量，在不同的測量時間段內(nèi)所對應(yīng)的特征測量點有效比較特征測量點的參數(shù)差值總共檢測23個點位。通過使用鋼尺量距和全站儀檢測工作方法總共檢測32個勘測點位，在測量區(qū)域的平面與高程精度分別為±0.15m、±0.1m，符合本次地質(zhì)條件勘察工作的精度要求[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，在地質(zhì)測量工作過程中，通過動態(tài)GPS-RTK測量技術(shù)的有效應(yīng)用，在測量數(shù)據(jù)信息的收集效率上更高，并且參數(shù)數(shù)據(jù)更加精確充分滿足地質(zhì)測繪工作的相關(guān)精度要求，進一步提高野外勘測工作效率，降低地質(zhì)測量工作的經(jīng)濟成本消耗量，推動我國地質(zhì)測量工作的快速向前發(fā)展。