GPS-RTK技術在礦山地質勘查中的應用探討

葛尊國

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘查院，甘肅 蘭州 730046）

礦產資源為不可再生資源，其儲量有限，為提高礦產資源的利用效率，應不斷加大礦山地質勘查力度。在勘查過程中，可以采用先進的GPS-RTK技術，通過對該技術的熟練運用，能夠給地質勘查提供可靠的數據支撐，促進勘查效率和質量進一步提升。

本文就GPS-RTK技術在礦山地質勘查中的應用展開分析探討。

1 測區概況

勘查區位于甘肅省玉門市，2000系地理坐標為東經：97°15′29″～97°25′29″，北緯：40°36′31″～40°38′31″。一條簡易公路與勘查區相連，交通條件比較便利，具體如圖1所示。

圖1 勘查區交通位置示意圖

勘查區為低山丘陵地形，山勢不高、地勢起伏不大，海拔在1630m～1800m左右，相對高差從50m～150m不等。勘查區是典型的半沙漠大陸性氣候，夏熱冬冷，最高氣溫約為37℃，最低氣溫約為-28℃。

勘查區人煙稀少，南側有一座脈石英礦，處于生產階段。本次勘查的主要工作量是一級GPS控制點測量、剖面線和1:2000地形圖測量。下面重點對該礦區地質勘查中GPS技術的應用展開分析。

2 GPS技術在礦山地質勘查中的應用

2.1 控制測量

本次地質勘查選用的是CGCS2000坐標系，如圖2所示。高程基準選用的是1985國家高程基準。勘查區網絡信號好，所以決定采用GSCORS系統（連續運行參考站系統）進行施測，控制測量以GSCORS作為起始數據，通過GPSRTK控制測量的形式施測，實地踏勘、樁位埋設、數據采集以及誤差計算等工作，全部按照現行《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》CH/T 2009-2010規范的規定要求執行。

圖2 CGCS2000坐標系示意圖

（1）選點與埋石。GPS控制點之間無通視要求，在點位選埋的過程中，可依據現行《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》CH/T 2009-2010規范的規定要求，將控制點選埋在交通條件便利、地面基礎穩定、距離反射衛星信號物體遠、視野開闊的位置。

為提高選點效率，可在1:10000的地形圖上進行室內選點，點位初選后，由外業人員負責實地踏勘，根據踏勘結果，對點位加以修改，確定最終點位后，開始埋石。選點時對控制點覆蓋問題全面考量，共布設GPS一級控制點15個，用WTJ1…15表示。所有點位均與高壓線路、無線電發射臺保持足夠的距離，不會受到干擾。標石選用的規格為10×10×40cm，在中心鋼筋上刻有十字，樁面標有點號，以WTJ的字樣標注。標石埋好后，提交各點的記錄和GPS網的選點網圖[1]。

（2）野外觀測。本次地質勘查中，野外作業選用南方銀河6號型GPS接收機（如圖3所示，）兩臺，采集控制點坐標，嚴格按照《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》的規定要求開展測量工作。儀器使用前，精確對中、整平，觀測開始前和觀測完畢后，分別量測一次天線高度，兩次量測的高度差≤±3.0mm時，取平均值作為最終的天線高度，記錄到觀測手薄中。開展野外觀測作業時，設置好GPSRTK的坐標系統和中央子午線，對平滑次數加以設定，利用CGCS2000系統，采集3～4個E級GPS控制點的坐標和高程，求得相應的轉換參數[2]，利用的工程文件，在其他的2～3個E級GPS控制點的基礎上進行檢核，確保所測坐標和高程結果滿足《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》要求。

圖3 南方銀河6號型GPS接收機

2.2 地形圖測量

為滿足項目所在地多金屬礦區地質勘探工作的開展需要，在礦區范圍內進行1:2000地形測圖5km2。

將經過蒸餾水清洗烘干后的絲瓜絡纖維，按1：8的浴比置于1 mol/L三乙胺中浸泡18 h，浸泡后用蒸餾水清洗至pH值為7，再用蒸餾水洗滌3次，烘干。

本項目中，礦區的地理位置在高山上，山坡的坡度均＞25°，故此可將該礦區歸入到高山困難地區的范疇。此類地區的地形圖測量應采用5.0m的基本等高距，可以任意對地形圖分幅，圖幅的編號用每個圖幅西南角坐標的千米數表示。

2.2.1 地形測圖的精度要求

礦山地質勘查中，地形測圖的基本精度要求如下：

（1）數字高程模型格網點相對于鄰近圖根點的高程中誤差不得超過0.1條基本等高距；地形點的最大點位間距要保持在40m～50m之間，地形圖高程注記精確到0.01m。

（2）在本礦區中，采用數字化測圖的方法開展地形測圖工作，具體是指以數字的形式，對地形圖上的要素進行表達。數字地形圖包含的數據較多，如控制點、境界、居民地、水系、土貌、土質、交通、管線、植被、垣柵、其它的地理信息數據等。

（3）在對數字地形圖中的地理要素選取與綜合時，可以參照相應比例尺地形圖的圖式或編匯規范。與數據質量相關的元素如下：數據源、精度（屬性、位置、時間）、完整性、邏輯性等。

2.2.2 圖根控制測量

2.2.3 地形圖測量要點

（1）測繪方法。在測繪本礦區1:2000比例尺地形圖時，采用的測繪方法為全站儀極坐標法、GPS-RTK全野外數據采集測圖法；測繪前，轉換相關參數，不允許超出規范要求的轉換參數計算范圍，保證轉換后的參數精度符合本礦區的測繪要求；參數轉換后，分析檢驗參數選取的可靠性，采用實測檢查的方式將檢查點設置到測繪區域的邊緣、中部位置。根據實測結果顯示，高程較差≤±3cm，平面較差≤±5cm。

（2）基準站布設。實地考察地形地貌，掌握數據鏈通信覆蓋情況，在測圖面積范圍內合理布設基站；基準站選在視野開闊、地勢較高處，作業半徑控制在8km以內，基準站周圍無高大障礙物、無強干擾磁場、無反射衛星信號物體，確保基準站正常接收衛星信號。

（3）流動站作業。流動站作業采用固定解成果，有效衛星數量不得小于5顆，PDOP值不允許超過6；流動站參照基準站的相關設置，保證測量模式、基準參數、轉換參數、通信頻率設置都與基準站的設置相同；選在視野開闊的區域初始化流動站接收機，確保信號接收免受物體干擾；在流動站正式作業前，試測已知點，檢測數量不小于2個，要求試測結果與已知點成果的平面差不得超過30cm（即地形測圖上偏差不得超過0.15mm），高程較差不得超過基本等高距的1/5，控制在40cm以內[4]；流動站作業時，當出現衛星信號失鎖情況，作業人員需立即初始化流動站，初始化后試測已知點，待檢驗合格后方可繼續作業；在當天作業完畢后，操作軟件傳輸存儲野外作業數據，在計算機內備份數據，以免數據丟失。

（4）數字化地形測圖。在不同基準站作業時，流動站要檢測地物重合點，或者檢測地貌特征點，要求檢測點在測圖上的平面較差不得超過0.6mm，高程較差不得超過基本等高距的1/3；在地形測圖繪制中，根據測點獲取的數據自動繪制草圖，草圖編號與測點編號、儀器編號一致。繪制后，檢查校對測點編號是否正確無誤，及時糾正錯誤的編號；數字化地形測圖采用內外業一體化模式，根據外業測量數據實時成圖、實時確定測點層性，保持測量數據之間的邏輯關系和連接關系，提高內外業同步作業效率。

（5）數據檢查。在野外作業后，作業人員及時檢查數據是否完整，剔除無效數據、作廢數據，重點檢查重測數據、補測數據的正確性；在檢查無誤后，作業人員借助軟件生成原始數據，建立起與計算機的通訊，將原始數據傳輸到計算機端，備份數據。

2.2.4 編輯處理

數字化地形圖與常規的地形圖不同，對后續的編輯處理要求較高，編輯過程中，應當以RTK野外數據采集到的原始數據作為支撐，運用南方測繪儀器公司編制的成圖軟件CASS9.1，對相關的數據進行處理，并完成圖形編輯。具體的操作方法如下。

（1）在計算機系統中，對原始數據文件中的控制點數據、地形、地物點數據以及修正數據加以分類，分別對各類數據做編輯處理。生成等高線時，要先組成DTM網，以此來確定相應的特征線，包括地性線的走向、斷裂線以及邊界線等。當以等高線數據構建三角網時，應將等高線作為特征線處理。

（2）采用分層的方法表示數字地形圖，分層方法、圖層命名全部采用統一的格式，借助CASS9.1軟件，結合原始數據，計算機系統能自動生成圖形，當需要批量生成圖形時，可以選擇批量處理軟件。生成圖形的過程中，可進行人機交互式的圖形編輯，使生成的圖形滿足使用需要[5]。

（3）在計算機系統中進行以下編輯處理后：DTM組網、修改、刪線、連線、分幅以及注記等，便可生成與實地相符的圖形，隨后通過數字的形式，對圖形進行存盤和輸出打印即可獲得數字地形圖形。

2.3 勘探剖面測量

勘探剖面的目的是為正確圈定礦體、了解礦體各部分的結構及形態而開展的一項測量工作，能夠為礦山設計提供參考依據。

2.3.1 勘探線剖面測量

在開展此項測量工作時，要先布設起始剖面點的端點、剖面控制點。為提高點位的選擇效率，在礦區已經測得的1:10000地質圖上選取點位，經外業人員現場確定后，對標志進行埋設。隨后利用GPS-RTK聯測，采集到的數據作為剖面線的起始數據[6]。從剖面的起始端點，按各條剖面線間的距離與方位，通過解析法，推算出理論坐標，以此作為主要依據，利用RTK精確放樣測定。施測時，應確保精度指標與現行規范標準的規定要求相符，以架設基站的形式，利用控制點數據，對坐標系進行設置，并完成點位校正。

2.3.2 剖面圖的內容

剖面圖主要包括以下內容：剖面圖的名稱、編號、縱橫比例尺、剖面的實測方位、高程線、圖廓線、投影平面圖以及剖面地形線等。

3 結論

綜上所述，礦山地質勘查是一項較為復雜且系統的工作，為提高此項工作的效率和質量，可對GPS-RTK技術加以合理應用。未來一段時期，要加大礦山地質勘查相關技術的研究力度，除對現有的技術改進和完善外，還要開發一些新的技術，使其更好的為礦山發展服務。