水工環地質調查中GPSRTK技術的應用

賈邦中

摘要：水環工地質調查是實現可持續發展的堅實保障，目前水環工地質調查中有許多的技術被應用，其中GPSRTK技術是當前一種新型的探測技術，它以其效率高、精確度高等優點從眾多的探測技術中脫穎而出，本文就對GPSRTK技術在水環工地質調查方面的應用進行了深入的探索，通過分析GPSRTK技術的原理，對其在環境污染、碳氫污染方面的應用進行了詳細的分析，希冀能夠為以后在這一方面的研究工作提供一份可供參考的資料。

關鍵詞：水環工；GPSRTK技術；精確；環境保護

1.引言

水工環地質是工程、水文、環境三種地質的總稱，其勘測工作主要是對地下水資源、自然地質環境以及工程建設這三方面進行評價。水工環地質勘測對優化經濟結構體系，協調經濟發展與環境保護相適應有著非常重要的作用。隨著環境問題越來越嚴重，國家對環境的保護和治理的力度也逐漸加大，在這一新的形勢下，探索高效新型的水文環地質勘測技術，改變以往盲目探索的問題，形成一套完善的水工環地質勘測模式，成為水環工地質探測發展的重點，同時做好水環工地質探測工作將成為可持續發展的堅實的保障。

隨著科技水平的不斷提升，衛星定位技術已經開始進入到我們的日常生活中來，GPS技術以其精準、便捷的優點在生產生活中得到了廣泛的應用。這其中，GPSRTK技術是以載波相位測量為基礎的一種實時動態測量定位系統，這一技術可以實時的檢測所處的位置信息并進行數據傳輸，在水環工地質調查中可以提供更加精準的位置坐標，因此被推廣開來。GPSRTK技術采用個差分法計算原理，這種方法可以很好地降低在修正載波測量過程中所產生的誤差，提高計算的精確性。目前GPSRTK技術在水環工地質調查中占據著非常重要的地位，其功能應用、服務質量也在不斷地提升，同時也在朝著更廣泛的應用方向發展。

2.基本工作原理

GPSRTK是由兩種系統組合而成的一種精準動態定位系統，首先它是根據載波相位觀測量為基礎進行GPS定位的系統；其次，采用RTK系統對載波相位測量過程中產生的殘余誤差進行降低，進而提高其定位的精確度，根據以往的經驗的表明，其精確程度可達到厘米級。

實現實時動態測量主要是通過以下的步驟進行，首先安放一臺GPS接收機在基準觀測站上，然后就是通過GPS衛星對地面坐標進行實時的觀測，并將觀測的信息通過無線電傳送裝置傳送到用戶觀測站的GPS接收機上，接收機接收衛星信號的同時也通過無線電傳輸接收基準站的觀測數據和信息，然后通過轉換參數、處理器處理后，根據GPS相對定位的原理，計算出相對于基準站的基線向量，得出基準站的位置坐標，最后通過坐標系的轉換計算出用戶的實時三維坐標。

2.1 GPS技術

GPS（Global Positioning System，全球定位系統）技術是一種動態定位技術，可以在導航定位系統的輔助下全面收集載波相位數據，有效地保證了地質調查數據的準確性。GPS技術可以在衛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，并選擇了實時觀測方法，很好地進行了信號的傳輸和轉換。通過該鏈接，可以將地面GPS接收器的數據信號轉換為無線電信號，并通過精確計算基線向量，由現階段要測試的基站確定目標，這是由于國內對地質災害的研究對環境保護工作的深入實施，在一定程度上擴大了GPS技術的應用空間，其在地質礦產資源，水文地質勘探中，在城市規劃領域發揮了重要作用。

2.2 RTK技術

RTK技術基于動態差異原理。從傳統的角度來看，RTK技術將數據誤差控制在厘米范圍內，即它以基站和移動站的位置為導向，在接收設備的幫助下接收數據，并在接收設備上進行比較分析。接收設備來自同一來源的衛星信號的數據。經過差異校正后，可以集成無線傳輸設備以將數據傳輸到移動平臺，這最適合于環境污染和地質災害的預防和調查。此外，RTK技術還具有自動化，數據可靠，安全系數高，效率高，操作簡單的特點。

3. GPS RTK技術在水利工程地質勘察中的應用價值

（1）工作原理。GPS RTK是一種實時動態測量技術，其工作原理是：根據每個衛星的觀測情況，在基站上安裝GPS接收器；在連續觀測的前提下，數據信號通過衛星傳輸到天文臺，而無線電設備承擔起了衛星和天文臺信號的傳播的任務。GPS接收器不斷地接受發射來的數據，不斷變化參數，通過GPS定位以及科學的預算，找到另一個坐標，即wgs-84。結合wgs-84坐標和局部坐標之間的參數，可以真正顯示所需的精度和系數。（2）應用價值。首先，效率與傳統的測量技術相比，GPS RTK技術具有高強度測量的優勢。換句話說，在地質環境調查中，現代的RTK基站可以測量半徑為5000m的區域，僅通過一個測量結果就可以弄清地質數據信息，不再大量的安裝一些其他無用的設備，減少資金投入，和資源浪費。簡而言之，GPS RTK技術不僅可以減少測量人員的工作量，而且可以縮短地質勘測周期，從而在短時間內做好勘察的目的和意義，真正實現其優勢。增加地質環境調查的效率。其次，定位準確，GPS RTK技術是一種典型的技術，該技術基于載波相位，用于對觀測點數據進行實時和動態定位。換句話說，使用了天文臺的三維坐標，并使用了實時定位分析中的數據變化以使其精確到厘米級。如果在實際的地質調查中完全貫徹GPS RTK的技術標準，就可以避免測量誤差，這不僅是對傳統測量技術在平面和仰角上精度的合理提高，而且是避免測量的核心方法。GPS RTK技術相對于普通的技術，只需要按照循電磁波直視技術的原理，不需要按照兩點光學直視，就可以達到標準，這也是技術的一大創新。在數據測量這方面，GPS RTK技術在水利工程環境地質調查中的應用可以實現24h不間斷運行的目的，而不受外界因素的干擾。最后，實現自動化。針對水利工程和環境地質調查，GPS RTK技術可用于各種環境的測繪工程中，以減少或控制人為錯誤，提高數據測繪的精度。另外，借助專業的軟件映射功能，以其多樣化的優勢來進行自動映射。

4. GPS RTK技術在水環境地質勘探中的優勢

（1）與傳統的高效率測量方法相比，測量控制點的數量為GPS RTK測量技術和移動所需，大大減少了測量儀器的數量，并且只能測量一次操作，每次放樣花費的時間點測量過程僅需1.2s，僅需要在此時間范圍內即可完成放樣點測量。另外，對于一般的地形和地形測量，RTK技術只需對半徑為5km的測量區域進行一次測量即可保證測量精度，大大減少了測量時間，提高了測量效率。（2）高定位精度RTK技術具有很高的定位精度。通常，有必要確保RTK測量滿足的基本條件可以確保測量精度。特別是對于一般定位，RTK的仰角和平面精度可以達到厘米級，并且不會積累測量誤差。（3）RTK技術在全天候運行中的工作要求只需要滿足空氣和電磁波穿透的要求，而兩點之間就不必滿足光學穿透的要求。因此，與傳統的測量技術相比，RTK技術通常在雨天，強風和其他天氣條件下工作的障礙較少，這意味著它可以實現全天候運行。（4）具有高度自動化和集成度的RTK技術可以滿足各種制圖領域的要求。操作設備軟件中內置了各種映射功能，可以實現高度的自動化和集成度，從而大大減少了人為操作錯誤，提高了操作精度。

5.水工環地質調查中GPSRTK技術的具體運用

GPS系統經過多年的探索與發展，已經有了很完善的技術儲備，在水工環地質調查領域中的應用也逐漸推廣開來，如近幾年在環境污染、碳氫污染等領域GPS RTK技術的應用已經逐漸走向成熟。

（1）環境污染。根據大數據信息統計得知，在環境污染勘測領域GPS RTK技術已經占據了主導地位，應用這一技術可以可以獲取精準的數據信息，并上傳到數據管理部門，使工作人員對數據進行分析整合，從而以最短的時間確定環境污染的位置以及污染的原因，以便于及時的做好解決的對策。而想要達到這一個效果，還要有一定的輔助裝置才可以，首先是應用GPS RTK技術要結合集裝箱的使用，這樣可以保證得到的實驗數據可靠性更高，如果待檢測的區域以及相鄰區域沒有污染或者污染的趨勢時，需要對潛水面進行污染物探測，這時就可以應用GPS RTK技術對潛水面上的懸浮顆粒物進行探測，假若污染物呈現飽和的狀態，則無法對潛水面進行探測，但是可以獲得準確的水工環的地質數據。我們以一個實例為代表來說明其在環境污染檢測方面的應用。

在山東某地有一硝化纖維廠，該地區地層為石灰巖區域。由于纖維廠對產生的化學污水管理不善導致發生泄漏引發了周邊的環境地質問題，污染物主要是硝化纖維。為了對該區域的水質調查，實現對潛水面、地表水以及巖溶等區域的硝化纖維含量的測量，先在井下進行雷達鉆孔，按照深度鉆15個30m的孔和6個50m的孔，對數據進行收集，以“HK疊加法”作為應用基準，繪制三維數據圖。通過該種方式的運用，可以圖像重建為核心，將探測深度控制在10m，隨后利用后續硝化纖維污染點的開

挖，對地質環境污染問題予以根本上解決，即表明GPS RTK技術在水工環地質調查中，具有顯著探測效果。

（2）GPS RTK在南極多年凍土安全檢查中的應用被科學家發現在計劃進行南極勘探的場所之一中，地下冰層0.3m～ 0.5m處有融化坑，這會對科學勘探場所產生不利影響。基于此，他們使用GPS技術對站點進行了調查。但他們研究了實測的衍射波結構信息后發現有一片冰，但是含水量卻很少。

（3）GPS RTK在區域水文雷達數據觀測中的應用，其結構特征和地質主體結構將對雷達響應產生一定的影響，并具有一定的特征作用。這些特征效應實際上稱為雷達相位圖元素。自1990年以來，荷蘭TNO應用地質研究所已使用GPS技術測量和研究了多個測試地點，以評估GPS特性和針對不同水文地質目標的成像可能性。研究結果揭示了荷蘭不同沉積環境下雷達相圖要素的特征，對確定水文地質序列的位置具有重要意義。

（4）碳氫污染物。在水環工地質勘查中GPSRTK技術之所以有如此廣泛的應用是因為其具有其他技術門類所不具備的一些優勢，比如說在野外勘察中，GPSRTK技術受外界環境影響程度較低，在較短時間內得到比較可靠的地質勘探的結果。為了驗證這一優點，國外的一位勘探人員曾經做過長方體集裝箱試驗調查工作，結果表明符合理論數值。

為了進一步的發掘GPSRTK技術在碳氫污染物探測方面的作用，通過使用雷達，用水文參數以及雷達的響應間對比處理模式為數據，進行試驗分析。通過試驗得到了以下的結論，首先是在污染物達到飽和狀態時，GPS RTK技術無法對潛水面的污染程度進行探測；而當在相鄰的區域沒有發生污染的情況下，GPS RTK技術在潛水面的探測結果最為有效；試驗項目開展的目的主要是對砂質的土壤進行探測。在多元化水工環地質數據基礎上，對毛細水頭、羽狀污染物等傳播速率進行針對性把控，如在石油污染（如圖1）探測案例中，對GPS RTK技術的科學運用。

在石油污染探測中想要充分發揮GPS RTK技術的優勢，也要做好相應的操作步驟，整個過程分為三步：準備、參數轉換以及施測。下面我們具體對這三個步驟進行說明：第一個是準備工作，首先要對待探測石油污染地區的平面資料以及三維資料進行收集，通過資料來確定待測點的位置，之后就是布設基準站、流動站并設置好參數，保證數據的一致性。第二個參數轉換工作主要是將第一步中收到的參數信息為基準繪制坐標系，做好信息的篩選，并對參數的分布趨勢進行分析，以便于GPS軟件能夠實現參數的轉換。第三個施測就是對目標位置進行精確的觀察，目前常用的施測設備是徠卡1200型動態GPS RTK施測儀，這種設備具有高低度角、快速跟蹤、更新速度快以及抗干擾能力強等優點，在動態檢測中精度可以達到±5mm+1ppm×D（D為基線長度），在幾秒之內就可以完成測量，在距離方面于15000m內精確度可以達到99.9%，具有很可靠的使用性能。

6.結束語

綜上所述，我們可以知道GPS RTK技術在水環工地質檢測方面具有非常廣闊的應用前景。隨著科技的不斷發展，多樣化、智能化、柔性化的探測技術在水環工地質探測領域中開始全面應用，工程探測單位在保證探測水平與質量的前提下，開始對探測的效率、精確度以及降低勞動強度等方面進行多樣化的選擇，這促進了對先進技術以及設備的科學研究，增大的了創新發展的步伐。GPS RTK技術正是在不斷地創新中探索出來，它以其高效率、高精準、高度自動化以及高強度作業等優勢從眾多的探測技術中脫穎而出，使其成為環境污染、碳氫污染以及水文地質調查、安全檢驗等領域中的不二之選。

參考文獻：

[1]魯偉光.水工環地質調查中GPS RTK技術的應用[J].地球， 2016，（03）：186-187.

[2]陸勝，曹亞良.探析水工環地質勘察中GPS RTK的技術應用[J].科技視界， 2015（06）：252.

[3]李璞.探析水工環地質勘察中GPS RTK的技術應用[J].中國科技縱橫， 2017（18）：34-36.

[4]汪濤.研究水工環地質勘察中的GPS RTK的技術應用[J].大科技， 2017（06）：89.

[5]張旭，吳廣宇.試析GPS RTK在水工環地質調查中的運用[J].河南科技， 2014（10）：43.

[6]溫俊濤. GPS RTK在水工環地質調查中的應用[J].中小企業管理與科技（下旬刊）， 2009（01）：245.