GNSS技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應用實踐

劉進華 LIU Jin-hua；宋鵬飛 SONG Peng-fei

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，鄭州 450000）

0 引言

在以往傳統(tǒng)的測繪中極易受到自然環(huán)境因素的影響，且大多由人工來進行作業(yè)、工作量大且難度系數(shù)較高，在實際測繪過程中需要耗費大量的人力和時間，且測繪結(jié)果的準確性也不高。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，GNSS技術(shù)在多個領(lǐng)域取得了良好的應用效果，使工程測繪精度得到有效提升，進一步推動了工程建設質(zhì)量水平的提高。論文先簡單介紹了GNSS測繪技術(shù)，并對GNSS測繪技術(shù)在工程測繪中的應用優(yōu)勢從三個方面展開了剖析，最后深入探討了GNSS測繪技術(shù)在工程測繪中的具體應用，以期不斷提升工程測繪的精準度和效率，促進工程建設質(zhì)量的提升，同時希望為廣大同行提供一定的參考。

1 地質(zhì)測繪工作內(nèi)容

地質(zhì)測繪工作主要是分析一個地區(qū)的地形地貌狀況。隨著當前信息技術(shù)水平的不斷提升，傳統(tǒng)的地質(zhì)測繪技術(shù)已經(jīng)無法滿足當前地質(zhì)測繪工作的要求，所以各類新型技術(shù)被廣泛應用于地質(zhì)測繪工作中，特別是數(shù)字化測繪技術(shù)。通過對地質(zhì)測繪技術(shù)的有效應用，使工作人員更好地掌握區(qū)域環(huán)境土壤情況，為后續(xù)的資源開發(fā)提供幫助。在測繪過程中環(huán)境較為復雜，所以就需要正確合理地應用地質(zhì)測繪技術(shù)，以此來減輕工作人員的工作壓力。采集作為地質(zhì)測繪中的主要環(huán)節(jié)，需要認真控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，確保測繪數(shù)據(jù)的精準性。通過地質(zhì)測繪才能夠為地質(zhì)工作提供具體的地形圖、剖面圖等等，還能夠明確鉆孔的具體位置，這是礦產(chǎn)勘查和地質(zhì)調(diào)整等測繪工作的總稱，也是地質(zhì)勘探和普查中最為基礎(chǔ)的工作內(nèi)容。以往工作人員都是利用經(jīng)緯儀、水準儀等設備，但是隨著技術(shù)水平的提升，當前人們可以利用GNSS技術(shù)來進行有效測量，不僅能夠降低測繪難度，而且還能夠確保數(shù)據(jù)和圖形的準確性。地質(zhì)測繪對于我國資源利用和礦產(chǎn)開發(fā)都有著非常大的作用，所以在具體工作中就需要積極采取相應措施，工作人員也應該加強重視，這樣才能夠保證工作的順利開展。

2 GNSS在礦山測量中的應用

針對于GNSS在礦山測量中的應用，筆者整理了六點，分別是：應用于確定技術(shù)參數(shù)、應用于礦山控制測量、應用于地形測量與實際施工、應用于數(shù)據(jù)采集、應用于數(shù)字化測圖、應用于其他測量工作，本章將一一進行說明。

2.1 應用于確定技術(shù)參數(shù)

GNSS技術(shù)在礦山測繪中的應用，主要是確定參數(shù)，對系統(tǒng)設計的精度和基準進行全面掌握和熟悉，為相關(guān)人員開展初步觀測和設計網(wǎng)性工作提供保障。在對精度進行設計期間，相關(guān)工作人員要高度重視控制網(wǎng)的選擇工作，一般情況下，要立足于地區(qū)等級下的GNSS網(wǎng)。

2.2 應用于礦山控制測量

控制測量是礦山測量期間十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，發(fā)揮著不可替代和不可或缺的關(guān)鍵作用。以往測量礦山控制技術(shù)主要是預先對各個控制點進行布設，而后通過各個控制點，設立相關(guān)的控制網(wǎng)，從而對測量結(jié)果出現(xiàn)誤差狀況進行有效降低和避免，更好的有利于開展后續(xù)工作，進而對測量效率進行提高。但是在布置控制點的過程中，傳統(tǒng)測量技術(shù)容易受到一系列因素的影響，包括：天氣、施工條件等，在實際測量工作期間，會增加其中的工作任務量，對測量精度進行降低，以此無法確保精準的測量結(jié)果。一般情況下，會使用靜態(tài)差分定位技術(shù)開展礦山控制測量工作，通過使用GNSS接收機，能夠精準的定位測量范圍內(nèi)的各個控制點，與此同時，還要適當?shù)膬?yōu)化和調(diào)整其中的測量精度。應用GNSS技術(shù)，能夠?qū)y量結(jié)果的精度進行有效提高，同時，在實際測量期間，不需要充分考慮其他因素，例如：施工環(huán)境、自然條件等，開展測量工作有較高的靈活性和便捷性，能夠更好的保障測量工作質(zhì)量和效率。

2.3 應用于地形測量與實際施工

如若測量工作涉及到較大的礦區(qū)面積和復雜的地形，在實際進行建設期間，就要全面掌握和熟悉礦區(qū)實際的地形地貌情況，全面系統(tǒng)的分析和研究礦區(qū)內(nèi)部地形。在此期間，通過航空攝影技術(shù)來使用傳統(tǒng)測量方法，拍攝所需要的礦區(qū)照片，而后再對所拍攝到的礦區(qū)照片進行解讀，最后補測使用到的相關(guān)測量儀器，應用這種方式，一定程度上會被環(huán)境因素所制約，完成測量任務難度大，測量工作的開展需要反復進行，無法有效提高測量效率。在實際展開施工和礦山地下測量工作期間，主要是采用實時差分技術(shù)手段來應用GNSS技術(shù)，建立綜合系統(tǒng)的測量平臺體系，從而便于開展測量工作。通過配合應用控制點和靜態(tài)基站，設立對整個礦區(qū)范圍進行覆蓋的空間坐標體系，采用應用其他設備的方法，處理相關(guān)的測量數(shù)據(jù)，從而更好的開展測量工作，提高測量工作的精準性和有效性。

2.4 應用于數(shù)據(jù)采集

使用GNSS技術(shù)，在實際進行測量工作期間，主要是使用系統(tǒng)中傳感器設備，通過非電量信號和多樣化的電量信號，在信息存儲器當中第一時間存儲收集到的相關(guān)信息，而后便于開展后續(xù)的計算以及分析數(shù)據(jù)信息等工作。在測量礦山期間，開展采集數(shù)據(jù)工作的過程中，能夠在系統(tǒng)中對設備區(qū)域進行有效監(jiān)控，與此同時，設置和安排采集數(shù)據(jù)器，通過應用A/D轉(zhuǎn)換器，對所采集到的電流信號進行有效處理，而后將采集的電流信號朝著相應的數(shù)字信號方向所轉(zhuǎn)換。在成功轉(zhuǎn)換后，就要在系統(tǒng)中的芯片發(fā)送這些數(shù)據(jù)信息，而后再成功發(fā)送給上位機。

2.5 應用于數(shù)字化測圖

通過數(shù)字化圖件的形式來展示GNSS最終的測繪成果，采用野外數(shù)據(jù)采集的方式，在實際應用GNSS技術(shù)開展工作的過程中，需要使用到測量裝備以及相關(guān)儀器。在數(shù)字化測圖工作中開展繪制各種比例尺的地形圖時，可以通過對GNSS技術(shù)的使用，完成數(shù)字化測圖工作，測量大比例尺的地形圖，依據(jù)相關(guān)人員的實際需要，縮放比例尺的圖件，從而對人員的不同需求進行充分滿足。在成圖的過程中，為了降低和避免產(chǎn)生誤差，就要嚴格檢測各個控制點，工作人員展開成圖工作期間，還要依據(jù)相關(guān)國家標準規(guī)范嚴格進行，精準反應測量范圍內(nèi)的地形地貌，可以通過GIS技術(shù)的使用，建立三維數(shù)字模型，對測量區(qū)域內(nèi)的地形地貌特征進行直觀反應。

2.6 應用于其他測量工作

在進行測量野外調(diào)查工作期間，能夠通過使用GNSS技術(shù)，精準的定位測量區(qū)域，在作業(yè)范圍內(nèi)，測量變化巖層形態(tài)的具體狀況。相比較于傳統(tǒng)的拉尺測量手段，GNSS技術(shù)優(yōu)勢十分明顯，包括：便于開展測量工作、存在較高的測量工作效率等。在監(jiān)測礦山生態(tài)環(huán)境區(qū)域期間，不可避免的會被其他因素所限制和影響，例如：地貌、地形等。如若沉陷是測量范圍內(nèi)所顯示的特點，想要對井下工作安全進行有效提高，加強建設地面工作的穩(wěn)定性和可靠性，就要在測量范圍內(nèi)通過測量技術(shù)方法，動態(tài)化的展開監(jiān)測工作。通過使用全站儀設備，傳統(tǒng)測量方法能夠駐點測定測量范圍，但是在測量沉陷范圍時，傳統(tǒng)測量方法十分容易受到地貌、地勢、地形等條件的影響，測量難度較大。通過對GNSS技術(shù)的使用，能夠?qū)刂泣c布設難度進行有效降低，從而對測量工作效率和質(zhì)量進行有效提高。

3 GNSSRTK技術(shù)在煤炭地質(zhì)勘查測量中的應用分析

3.1 工程概況

自GNSS RTK技術(shù)應用于測量工作以來，其在煤炭勘探中的應用越來越受到勘探測量技術(shù)專家的關(guān)注，已成為構(gòu)建山區(qū)規(guī)劃控制網(wǎng)絡的主要技術(shù)測量工具。GNSS RTK測量設備不僅具有精度高、速度快、全天候運行等特點，能夠滿足煤炭地質(zhì)勘探的技術(shù)要求，還能有效節(jié)省測量負荷，提高采煤階段測量工作的效率。對礦區(qū)進行初步檢查和普查。本次勘測工作的地點在特定城市的煤礦區(qū)，勘測工作的任務是對勘查權(quán)范圍內(nèi)的1/10000地形圖進行測繪和部分工程地質(zhì)工作，礦區(qū)海拔在1570～1770m范圍內(nèi)，勘測面積大，地勢較簡單但崎嶇不平，國家級三角控制點小且分布不均，因此，勘探和測量沉積物在很大程度上受限于天文觀測點的密度和條件困難的天文重力觀測點工作，是工程-測量工作的典型例子，適用于使用GNSS RTK測量技術(shù)的測量。

3.2 CNSS RTK圖根控制測量

與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比，GNSSRTK測量技術(shù)在礦區(qū)勘察測量中的應用不受天氣、地形、連通性等條件的限制，而且操作簡單，機動性強，工作效率高，大大節(jié)省勞動力，設備不滿足測量精度要求，誤差分布均勻，不存在誤差累積問題。使用GNSSRTK測量技術(shù)對礦區(qū)進行勘察，不僅可以實時了解定位精度，還可以了解觀測質(zhì)量，顯著提高工作效率。根控制測量工作流程如圖1所示。

圖1 GNSS RTK圖根控制測量作業(yè)流程圖

①收集區(qū)域控制的結(jié)果。測量區(qū)管理結(jié)果的采集主要包括確定控制點坐標、等級、中央子午線、坐標系和控制點歸屬。

②計算測量面積的轉(zhuǎn)換參數(shù)。對于GNSS RTK測量技術(shù)，其要求是在實際坐標系（1980西安坐標系、1954北京坐標系或局部獨立坐標系等）中得到待測點的實時坐標，所以坐標轉(zhuǎn)換問題顯得尤為重要。真正需要做的是將GNSSRTK觀測到的WGS-84坐標轉(zhuǎn)換為國家平面坐標或工程坐標。一般可以應用高斯投影法，即應用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)，直接將控制點的WGS-84坐標和國家平面坐標或土木工程坐標輸入書中，使用隨機軟件求解坐標變換參數(shù)。如果待測區(qū)域內(nèi)有足夠多的控制點局部坐標，沒有WGS-84坐標，且它們的相對位置關(guān)系準確，則可以使用GNSSRTK測量方法作為起始位置確定相對位置關(guān)系控制點之間，并實時測量WGS-大地坐標。當有些地方?jīng)]有合適的控制點設置基站時，可以使用基站隨機放置的方法，虛擬基站，基站的WGS-84坐標直接從測量書上讀取，然后移動站再次前往單獨的控制點收集WGS-84。測區(qū)控制成果收集。

③選擇基站和移動臺設置。GNSSRTK定位數(shù)據(jù)處理過程是基站和移動臺之間的單基站處理，基站和移動臺的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞，無線電信號傳播質(zhì)量對定位結(jié)果影響很大，有利地選擇基站的位置非常重要。在GNSSRTK測量中，隨著與基站距離的增加，初始化時間增加，精度會降低，所以移動臺與基站的距離不能太大，只要不超出范圍即可10公里。同時，應考慮在基站上方大面積覆蓋，不存在影響RTK數(shù)據(jù)鏈通信的衛(wèi)星信號和無線電干擾，以及增加基站無線安裝的高度。基站設置包括對象創(chuàng)建和坐標系統(tǒng)管理、基站射頻選擇：選擇GNSS RTK的工作方式。

④測量前的質(zhì)量檢查。為保證GNSS RTK的測量精度和可靠性，需要對已知點進行驗證和驗證，避免操作中出現(xiàn)盲點。研究表明，RTK決定了整個模糊周95%的最大可靠性，RTK比靜態(tài)GNSS具有更多的誤差因素，例如數(shù)據(jù)循環(huán)誤差等。

⑤內(nèi)部數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)傳輸是接收器和計算機之間的數(shù)據(jù)交換。與GNSS RTK靜態(tài)測量相比，GNSS RTK測量數(shù)據(jù)處理要容易得多，例如使用TGO軟件（*，DC）進行測量數(shù)據(jù)處理，可以直接將坐標值作為文件輸出和打印，并獲得控制點結(jié)果。鏈接錯誤等等。

3.3 內(nèi)業(yè)處理及成果比較

將測量數(shù)據(jù)（坐標文件）轉(zhuǎn)換為軟件，將測量圖根控制的技術(shù)要求輸入軟件，軟件調(diào)整，計算各個測量點的坐標和高度；為了了解RTK在控制測量中的用處，以及準確度，我們在RTK觀測點對圖根導線進行了一次觀察，兩種結(jié)果的比較結(jié)果如表1所示。

表1 內(nèi)業(yè)處理及成果比較

從表1可以得到點位中誤差ms=±1.97cm，高程中誤差mh=±1.50cm，由此可見：用RTK完成能夠信任圖根控制測量，其精度能達到規(guī)范要求。

3.4 RTK與全站儀測量結(jié)果對比表

RTK與全站儀測量結(jié)果對比表如表2所示。

表2 RTK與全站儀測量結(jié)果對比表

①在平坦開闊區(qū)域，RTK的測量精度與全站儀相差不大，可以忽略不計，但在效率方面，在平坦開闊區(qū)域，RTK信號接收良好，數(shù)據(jù)采集效果為比較完善，效率遠高于全站儀。②林區(qū)和建筑物，在林區(qū)時，往往收不到RTK信號，導致數(shù)據(jù)不可用，反之，全站儀可以更準確地測量。

3.5 結(jié)論

①與傳統(tǒng)測量相比較，GNSS RTK測量技術(shù)自動化程度高，實時提供經(jīng)過檢驗的成果資料，無需數(shù)據(jù)后處理。②GNSS RTK測量技術(shù)具有在通視條件不好的情況下遠距離傳遞三維坐標的優(yōu)勢，無誤差累積，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。③GNSS RTK測量技術(shù)操作簡單，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了勞動效率，其非常適合煤田地質(zhì)勘查測量。

4 結(jié)語

綜上所述，在地質(zhì)測繪工作中要合理應用GNSS技術(shù)，可以提高地質(zhì)測繪工作質(zhì)量，確保測繪的精準度，實現(xiàn)全方面測繪，在應用過程中也需要提高工作人員的技術(shù)水平，這樣才能夠確保GNSS技術(shù)能夠充分發(fā)揮作用。