GPS-RTK在河南某鉀長石礦礦區測量中的應用

李蓬勃，周 娟，陳傳剛，付明祥，黃德勝

(中國建筑材料工業地質勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

在礦山測量中，傳統的測量手段在應用過程中很容易受到地形地貌以及氣候條件等方面因素的影響，導致測量結果缺乏準確性，而應用GPS技術，受自然因素的影響較小，能夠最大限度的提高測量的精度和測量的效率，可以有效保障測量的成果質量[1]。白土坡礦區面積約2.92km2，在此開展的是1∶2000數字化地形圖測量，大比例尺地形測量是一個較為困難的工程，地形的高度和坡度都將影響測量的精度，同時，人工測量方法也會直接降低工程效率，增加測量成本[2]，而采用GPS-RTK技術，則能有效改善這一弊端， 在提升測量精準度的同時， 彌補常規測量作業效率低、作業量大等的不足，對礦區測量作業整體質量的提升有著積極意義[3]。

1 測區概況

白土坡鉀長石礦區位于河南省澠池縣大水溝村，該礦區屬半干旱大陸氣候區，夏季炎熱，冬季寒冷，年平均氣溫12.3℃，年平均降雨量664mm，地貌屬低山—丘陵區，山間溝谷較發育。最高海拔位于測區西北側山頂，高程1 055m，最低海拔位于測區東南部溝底、高程608m，最大相對高差447m，一般相對高差在300m左右。區內東部植被不太發育，基巖大多裸露，西部植被茂密，以灌木為主。礦區與義馬市區、澠池縣城均有鄉級水泥、碎石公路相通，交通條件較為便利。

2 礦區測量實踐

2.1 控制測量

2.1.1 首級控制

根據已有資料，該礦區控制以賀莊礦區原有控制點“HZ01”、“HZ02”和普查原有控制點“IX-29”為首級控制。在首級控制的基礎上，為滿足礦區測圖及工程測量的需要，加密布設了5個I級控制點，編號分別為RC01、RC02、RC03、RC04、RC05，控制點均為刻石。

控制測量外業數據采集使用經鑒定合格的中海達V30型全球導航衛星系統接收機(儀器標稱精度為水平±10mm+1PPM、垂直±20mm+1PPM)。本礦區收集信號較差，不宜采用網絡RTK，觀測時采用單基站模式，基站架設在測區附近地勢較高處，儀器開機初始化后，當GPS信號正常、接收數據為固定解狀態且HRMS≤0.03、VRMS≤0.05時，以控制點“HZ01”、“HZ02”進行約束、用“IX-29”進行檢查。經檢核礦區原有的控制網內部精度良好(表1)。

表1 原有控制點精度統計 (單位：m)

2.1.2 加密控制

當首級控制不能滿足地形測量及礦山詳查階段工程測量的需要時，直接在首級控制點基礎上加密圖根點。圖根點的三維坐標觀測也使用中海達V30型全球導航衛星系統接收機，采用對中桿平滑10s觀測一個時段，直接將圖根點的三維坐標儲存在觀測手簿中。

2.2 地形測量

為確保測區整體精度和按期提交測繪成果，測量項目部采用了目前測繪行業最先進的測量設備RTK進行碎部點坐標采集。采用RTK進行測量，不僅減少了架站的次數，而且能確保測區的整體精度，它的最大優點是在施測的過程中，借助GPSRTK技術能直接通過基準站和流動站計算出礦區內各點的沉降和水平位移情況， 使得作業流程大幅簡化， 作業強度大幅降低[4]。基站與移動站之間不需要通視，每一待測點只需觀測5s左右就可完成數據采集工作，而且能實時得出待測點的三維坐標。

測圖時各測繪組以路、河、山脊等為界，以自然地塊進行分塊測繪。外業觀測時，基站架設在測區內海拔較高的地方，確保GPS信號良好、通訊暢通。儀器開機初始化后，當接收數據為固定解狀態且HRMS≤0.03、VRMS≤0.05時，用已知控制點進行較正、檢查。在精度滿足規范要求后進行碎部點三維坐標采集，組長根據點號現場繪制草圖。

野外作業時對于測區內的村莊，以圈范圍的形式進行了分塊測繪，即相連或間距＜2m的房，準確測定其外圍邊界，以小比例尺房屋符號成塊表示，并將名稱標注于圖上。測區內主要道路實測其一邊，量取寬度，用雙線表示，對于寬度＜2m的道路均測其中心線，用單線小路表示。永久性的電力線、通信線桿準確測定其實際位置，并在桿架處用箭頭繪出線路走向，保證各種線路、線類標示分明，走向連貫。對測區內的池塘、井等均準確測繪。陡坎在測區占了一定的比例，多分布在水田中，故進行了適量的取舍，一般取大舍小。對測區內的河流均實測其河坎位置，用示向箭頭表示其流向。

內業采用CASS7.0數字成圖軟件進行繪圖。該軟件采用AutoCAD2004為操作平臺，軟件系統技術先進，功能強大、適應面廣、性能穩定。把野外觀測的坐標數據從GPS手簿中拷貝到電腦上，在成圖軟件中把坐標展繪出來，根據外業草圖和點號，選擇相應的地形圖圖式符號在電腦上繪制平面圖。內業成圖時各測繪組之間互相協商，相同的地物均采用相同的線性符號、相同的圖層，使圖面整潔一致，繪制的地形圖見圖1。

圖1 河南澠池白土坡礦區陶瓷用鉀長石砂巖礦地形圖

2.3 工程測量

2.3.1 剖面測量

根據地質技術人員提供的設計剖面資料，室內在電腦中用繪圖軟件提取設計剖面線首尾兩點的坐標。然后利用RTK中自帶的線放樣程序，把各剖面點在實地測放出來，并做好標注和記錄。剖面點位置確定后，利用RTK自帶的坐標采集功能測定其三維坐標，并將坐標值儲存在RTK手簿中。內業時，將RTK手簿中各剖面點的三維坐標拷貝到電腦中，在電腦中采用專業成圖軟件將各剖面點展繪出來，然后在電腦中直接量取各剖面點到起算點的水平距離及高差。相鄰剖面線的間距為400m。本次作業共施測剖面10條，共7 554m。

剖面線圖以IV線為例(圖2)。剖面線從平面和側面兩個角度在后期方便地質人員在地形圖上圈定地質界線和地質礦床。

圖2 測區剖面線圖

2.3.2 地質點測量

使用RTK，經過初始化、坐標校正、控制點坐標檢核后，按照RTK自帶的數據采集程序，對地質技術人員確定的地質點的三維坐標逐一進行測定；地質點由專人負責做標記，地質技術人員跟隨記錄各點的相關信息。

3 應用GPS-RTK注意的問題

GPS-RTK技術的特點在于穩定性以及操作性強，操作過程簡單，適用范圍也比較寬[5]，但是在應用過程中還應注意以下問題。

(1)使用GPS-RTK技術作業時，需要對測區的作業環境進行全面掌握，盡量避開衛星信號被遮擋、電磁干擾嚴重或電臺無線電傳輸被制約等地方，防止測量數據獲取不正常[6]。本次測量任務前，經作業員實地調研，掌握了測區的作業環境。

(2)基準站的選取是GPS-RTK測量作業得以達成的關鍵， 合理的站點選擇不僅能提升測量精確度還能大幅提升作業效率， 減少作業耗時[7]。基準站電臺的天線應架設在GPS接收機主機的北方以避開南北極附近衛星的空洞區[8]，必須同時聯系跟蹤4顆以上衛星，測量過程中不能對衛星失鎖，否則重新初始化。因此，選擇地勢高且穩固、開闊、交通便利的地方，利于電臺的作用距離，確保差分信號傳輸的質量，方便基站的架設和搬運。完成一個點的全部觀測任務，并確保作業項目完全符合要求，記錄和資料完整無誤，再將點位標志恢復原狀態才可進行遷站。需要說明的是，流動站和基準站的距離應＜10km，當距離＞50km，誤差的相關性大大減少，以致差分后殘差很大，求解精度降低[9]。本次外業觀測時，基站架設在測區內海拔較高的地方，確保GPS信號良好、通訊暢通。

(3)一般來說，導致地質勘查結果出現嚴重誤差的首要因素是人為操作不當或者是人為技術問題，因此，GPS-RTK技術對人員的要求是十分嚴格的，尤其是對核心的測繪人員來說，更應該避免誤差的出現[2]。在作業前，作業員要保證電瓶電量充足、數據存儲設備有足夠的存儲空間、保持接收機天線要垂直，等屏幕上顯示固定解后再記錄數據[10]，作業員應嚴密注意儀器的警告信息，及時匯報和處理各種特殊情況。此次作業，選取的測量員經驗豐富，多次參與礦山測量工作。

4 結語

利用GPS-RTK，將GPS與數據傳輸技術相結合，完成了河南澠池白土坡礦區1∶2000數字化地形測量、剖面線測量及礦山詳查等工作。該技術通過實時解算并進行數據處理，在1～2s時間內得到高精度位置信息，其工作效率是傳統作業方法的3倍以上，加快了礦山勘查進程；其精度也為地質技術人員勘查礦山提供了可靠的數據支撐。經地質勘查，白土坡礦床是河南省境內發現的沉積型鉀長石礦床，屬于新的成因類型，在國內也是少見的礦床類型[11]，作為省稀少礦種重點項目，本文選擇以此礦區測量為例，具有代表性，通過對礦區的測量實踐，探討了應用GPS-RTK技術應注意的問題，為國內礦山測量工作提供借鑒。