民用手持GPS儀測量精度分析
——基于某礦區(qū)GPS與RTK同點測量數(shù)據(jù)對比

馮濤

（浙江省地礦勘察院有限公司，杭州310012）

1 引言

GPS（Global Position System）即全球定位系統(tǒng)，主要用于確定接收設(shè)備所處位置的三維地理坐標(biāo)參數(shù)。 現(xiàn)階段，很多野外調(diào)查工作使用民用手持GPS 儀結(jié)合地形圖進(jìn)行定位。 目前民用儀器標(biāo)示的定位精度一般為10 m，部分為5 m，滿足一般野外工作基本的定位需求， 但對于一些定位精度要求更高的定點需求， 一般的做法是：“填圖人員在現(xiàn)場經(jīng)觀察確定地質(zhì)點，用GPS 儀測量點位坐標(biāo)后，將這類地質(zhì)點及坐標(biāo)通知礦區(qū)工程測量人員進(jìn)行精確測量定位”[1]。

RTK（Real Time Kinematic）即實時動態(tài)測量技術(shù)，是GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合的載波相位實時動態(tài)差分定位技術(shù)， 它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度[2]。

現(xiàn)階段礦產(chǎn)勘查工作中，DZ/T 0382—2021《固體礦產(chǎn)勘查地質(zhì)填圖規(guī)范》對地質(zhì)填圖定位精度的要求是“地質(zhì)點的定位誤差不應(yīng)大于填圖比例尺圖面1 mm 的實際距離”[3]。 對于能否在某比例尺的工作中使用民用手持GPS 儀， 這需要通過數(shù)據(jù)對比來進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)而評估其定位精度。

本文以浙西北某礦區(qū)詳查工作中形成的測量工作成果為例，進(jìn)行民用手持GPS 儀定位精度評估，探討其在野外地質(zhì)填圖工作中的適用范圍。

2 自然地理及礦區(qū)地質(zhì)簡介

礦區(qū)位于浙西北天目山山系東段，屬于低山丘陵區(qū)。 區(qū)內(nèi)最高點海拔403.7 m，最低點海拔73.5 m，最大高差330.2 m。地形切割相對強(qiáng)烈，多為“U”形溝谷，少量溪溝為“V”形溝谷，地形坡度一般在10°～30°。 地表植被以毛竹為主，局部為喬灌木林等，少見耕地。

礦區(qū)區(qū)域地理位置位于揚子準(zhǔn)地臺東南緣懷玉山—天目山被動邊緣盆地和江南古島弧界線附近，大地構(gòu)造位置處于揚子準(zhǔn)地臺（Ⅰ1），錢塘臺褶帶（Ⅱ2），安吉—長興陷褶帶（Ⅲ2），泗安—長興拗?jǐn)囫奘á?）。

礦區(qū)內(nèi)出露的前第四系地層為早古生界寒武系地層，分別是下統(tǒng)荷塘組（?1h）、大陳嶺組（?1d），中統(tǒng)楊柳崗組（?2y），上統(tǒng)華嚴(yán)寺組（?3h），為整合接觸。 產(chǎn)狀較單一，走向以北西為主，向北緩傾，具有向北東變新的趨勢。 第四系主要出露于地勢低洼處，厚度變化大。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺發(fā)育不明顯；巖漿巖主要為斜長花崗巖；圍巖蝕變沿巖體內(nèi)外接觸帶分布。

3 數(shù)據(jù)測量及計算

本次統(tǒng)計分析使用詳查工作中同時使用RTK 儀器和民用手持GPS 儀進(jìn)行測量定位的28 個鉆孔孔口坐標(biāo)。 所有鉆孔孔位均按照相應(yīng)的勘查工程間距進(jìn)行布設(shè)， 孔口地形地貌條件具有隨機(jī)性，測量時均為晴天，更符合野外工作特征。

民用手持GPS 儀型號為Garmin eTrex H。測量前，先利用3 個已知坐標(biāo)點進(jìn)行參數(shù)校正。 測量時，先將儀器放置在鉆孔孔口標(biāo)志點，靜置，待儀器顯示屏上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定時，記錄下該坐標(biāo)及標(biāo)示測量精度。

RTK 儀為南方測繪S82 系列的RTK 測量儀器，標(biāo)示平面精度為±（10+1×10-6D）mm （D 為測量儀器實際測量的距離值，km），高程精度為±（20+1×10-6D）mm。 測量時，先將設(shè)備連接至浙江省GPS 基礎(chǔ)控制網(wǎng)，隨后將設(shè)備對準(zhǔn)鉆孔孔口標(biāo)志點，靜置后采集點位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

RTK 測量精度可達(dá)厘米級，本次默認(rèn)其誤差值忽略不計。主要計算GPS 數(shù)據(jù)與RTK 數(shù)據(jù)之間的平面偏移量L。采用勾股定理由已知兩條直角邊長求斜邊長（即平面偏移量L），兩直角邊分別為GPS 與RTK 數(shù)據(jù)X、Y 之間的差值， 分別記為ΔX、ΔY，即斜邊。 如表1 所示。

表1 鉆孔孔口坐標(biāo)GPS與RTK點位偏移量計算表

4 數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)階段，礦區(qū)地質(zhì)填圖比例尺主要為1∶2000、1∶5000、1∶10000以及1∶25000 等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，換算其定位精度要求分別為2 m、5 m、10 m 和25 m 以內(nèi)。

關(guān)聯(lián)孔口環(huán)境與平面偏移量L（見表1），發(fā)現(xiàn)本次野外手持GPS 儀定位精度與測點植被覆蓋情況沒有必然聯(lián)系。

通過分析GPS 數(shù)據(jù)與RTK 數(shù)據(jù)之間平面位置偏移量L，發(fā)現(xiàn)L 值在2 m 以內(nèi)的點共有9 個，占32.14%；在2～5 m 的點共有13 個， 占46.43%； 在5～10 m 的點共有4 個，占14.29%；在10 m 以上的點共有2 個，占7.14%（見圖1）。

圖1 GPS-RTK 平面偏移量范圍統(tǒng)計柱狀圖

綜上， 民用手持GPS 儀平面精度在2 m 以內(nèi)的概率為32.14%，在5 m 以內(nèi)的概率為78.57%，在10 m 以內(nèi)的概率為92.86%。

為進(jìn)一步探討民用手持GPS 儀的測量精度是否準(zhǔn)確，對手持GPS 儀所標(biāo)示的精度范圍和平面偏移量L 值進(jìn)行統(tǒng)計對比。 發(fā)現(xiàn)L 值在GPS 所標(biāo)示的精度范圍內(nèi)的點共有23 個，占82.14%；在標(biāo)示精度范圍外的點共有5 個，占17.86%（見圖2）。

圖2 GPS 標(biāo)示精度準(zhǔn)確度統(tǒng)計柱狀圖

再對高程數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析， 發(fā)現(xiàn)高程數(shù)據(jù)誤差范圍分布較廣，大體呈正態(tài)分布，中位數(shù)為誤差5～10 m（見圖3）。 高程誤差主要分布在15 m 以內(nèi)，共26 個點，占92.86%。

圖3 高程誤差統(tǒng)計柱狀圖

綜合分析，高程精度在2 m 以內(nèi)的概率為14.29%，在5 m以內(nèi)的概率為39.29%，在10 m 以內(nèi)的概率為71.43%，在15 m以內(nèi)的概率為92.86%。

5 結(jié)語

1）在浙江低山丘陵區(qū)，手持GPS 儀可以運用于1∶5 000 及更小比例尺的地質(zhì)填圖作為定位工具， 使用時需保持設(shè)備穩(wěn)定，待顯示屏上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定時，選取儀器顯示測量精度高的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2）對于1∶2 000 及更大比例尺地質(zhì)填圖，不建議單獨使用目前定位精度的民用手持GPS 儀進(jìn)行定位， 需要使用定位精度更高的測量方法（儀器）或使用多種方法進(jìn)行綜合測量定位。

3）使用民用手持GPS 儀在野外定位時所得的地理坐標(biāo)參數(shù)中，X、Y 坐標(biāo)數(shù)據(jù)可用于在地形圖上標(biāo)示點位，而高程點的參數(shù)精確度較低，只具一定的參考價值。