GPS-RTK測量技術在地質勘查中的應用分析

趙 浩

（商洛西北有色七一三總隊有限公司，陜西 商洛 726000）

地質勘查是很多行業開展工作的必要過程，利用傳統方法對地質進行勘查時，需要在勘查范圍內設置多個控制點，基于這些控制點開展相關的勘查工作[1]。為順利地開展地質勘查工作，所設置的控制點必須滿足很好的通視條件要求，且需要在規定的氣候條件和時間范圍內開展地質勘查工作，其勘查條件相對苛刻，對地質勘查工作的質量和效率造成一定的制約，無法滿足現代社會高效率的勘查需求[2]，導致特殊情況下需要對樹木進行砍伐，破壞環境。總體而言，傳統的地質勘查方法存在效率低、費用高、耗時長等缺點。在此背景下，人們將GPS-RTK測量技術應用到地質勘查工作中，顯著提升地質勘查工作的質量和效率，取得很好的實踐應用效果[3]。本文主要分析地質勘查工作中GPS-RTK測量技術的實踐應用情況，對于提升地質勘查質量和效果具有一定的實踐意義。

1 GPS-RTK測量技術工作原理和流程

1.1 基本工作原理分析

GPS-RTK測量系統總共由三大部分構成，分別為通信系統、基準站和流動站，其中基準站和流動站中均需要配備一個GPS接收機，因此，測量系統配備兩個以上的接收機。如圖1所示為GPS-RTK測量技術的基本工作原理示意圖。GPS主機的作用是不斷地監測可見的衛星。基準站獲得的信號通過發射電臺傳輸給無線電設備，再將其傳輸至用戶站。流動站一方面接受自身接收機所采集到的信號，同時接收基準站發射出來的衛星信號。移動站接收到以上數據信息后，對數據信息進行初步的分析整理，將分析整理后的數據傳輸到控制器中進行深入地分析和計算。控制器分類所有的數據信息，辨別哪些信息是基準站接收的信息，哪些信息是從外部傳入的信息。基于兩種數據之間的差別，計算得到流動站與基準站中間的距離，從而達到測繪的目的。

圖1 GPS-RTK測量技術原理圖

1.2 測量工作流程

（1）測量前的準備工作。正式開展GPS-RTK測量之前，對待測量的區域進行實地勘查，分析待勘查的地形特點，分析前期設定的基準點是否合適。通常情況下將高度截止角設置成10°，流動站和基準站的采樣頻率分別設置為4.5s和1.5s。在軟件中設置好放樣點的線路及其具體坐標。

（2）工作區轉換參數計算。基于GPS-RTK測量技術的坐標系和地質勘查的坐標系存在差異，其中前者采用的是WGS-84坐標系，后者采用的是標準坐標系。需要對兩個坐標系中的參數進行互相轉換。基于GPS-RTK測量技術獲得的是該坐標體系中的坐標數值，需要基于內置的算法將其實時轉變成為標準坐標系中的坐標。該參數轉換的環節非常重要，其直接對地質勘查結果的質量和精度造成影響。

（3）基準點的設置與測量。為確保測量過程的效率及測量結果的精度，在選擇基準站時必須遵循相關的原則，主要包含以下幾點：第一，基準站的位置坐標應該容易測量或者直接設置在已知坐標上；第二，優先將基準站設置在干擾量少、地勢高、交通便利等位置，這樣可以提升數據傳輸的效率和質量，方便后續工作的開展；第三，為避免數據鏈在進行無線傳輸時發生丟失或者產生多路徑效應等問題，在基準站周邊200m范圍內不得出現干擾源，且附近范圍內不要出現GPS反射源；第四，考慮到衛星的實際工作情況，在設置基準站天線時，將其設置在GPS接收機的北側位置。

2 GPS-RTK測量技術在地質勘查中的應用

地質勘查是一項非常系統和復雜的工程項目，需要開展鉆探、測繪、采樣測試等一系列工作，對勘查區域內的礦產情況、巖石情況、地層構造情況、地下水情況等進行全面系統地調查研究。其中很多工作都可以利用GPS-RTK測量技術來完成，通過該技術提升測量過程的質量和效率。以下簡要分析地質勘查工作中GPS-RTK測量技術的實踐應用情況。

2.1 地形測量

所謂地形測量就是通過專業的測量儀器和工具，測量地面上的一些特殊位置，獲得重要位置的標高等信息，并按照一定的比例對圖形進行縮小，用特殊符號標記地面上的物體。以往主要是利用全站儀測量法對地形進行測量，這種方法受透視條件的限制，對測量結果產生影響，且在地形測量中不斷地移動儀器設備，測量過程需要花費很長時間和大量的人力。基于GPS-RTK測量技術對地形進行測量時，只需要在測量系統中設置好坐標系之間的轉換參數。利用該系統同時對不同區域開展測量工作，使勘查不受通視條件限制，顯著提升測量過程效率和質量，同時，降低人工成本。

2.2 地質填圖

地質填圖是地質勘查工作中的重要組成部分，主要是基于地質學方法對勘查區域內的地質情況包括泉、井等進行觀察和測量，將測量結果編制成地質圖或相關文件。以往的測量主要是基于GPS技術開展靜態觀測，持續很長時間才能得到每個觀測點的結果，并且，觀測點分布密度會對最終結果精度產生直接影響，整個測量過程非常耗時。而基于GPS-RTK測量技術開展地質填圖工作時，只要基準站的位置設置合理，可以對大面積區域開展測量工作，擴大了測量范圍。測量人員可以利用特殊的交通工具攜帶流動站依次對不同的測量目標進行測量。測量結果是經過轉換后的結果，可以直接使用。

2.3 勘探線剖面測量

在開展地質礦產勘查工作時，通常需要布設勘探線。工作人員首先在地圖上標定勘探線的位置和方向，然后在實際地形中根據地圖標記結果，沿著勘探線開展礦產勘查工作。以往的勘探線剖面測量方法主要是在勘探線上設置控制點，在這些控制點上設置全站儀開展測量工作。這種測量方法不僅得到的測量結果質量低，誤差較高，且工作效率低。基于GPS-RTK測量技術對勘探線剖面進行測量時，不會受到通視條件的影響，整個過程可以實現全自動化測量，降低人為操作時產生的誤差。測量精度與傳統方法的勘查效果相比較，其提升的效果明顯。

2.4 放樣

在對地質進行勘查時，需要在對應位置進行鉆孔取樣，并對巖石進行分析，從而獲得勘查區域的地質情況。基于GPS-RTK技術來完成放樣工作，比傳統方法效果更好。比如，某新建的煤礦需要對回風井井筒附近的地質情況進行檢查，在煤礦人員提供的回風井相關資料的基礎上，利用GPS-RTK技術在井口附近完成了放樣工作，其中鉆孔位置距離井口約10m～25m。以上放樣工作全部由系統自動化完成，工作效率高。

3 應用案例分析

根據實際工作要求，需要對某礦區進行地質勘查，需要勘查的面積大約為1km2，勘查區域交通情況便利，屬于山區的中部位置，但山區地勢不高。通過前期調研，勘察發現礦區整體上呈現出“V”字型的溝谷發育，平均坡度達到25°，且地面上生長有很多毛竹植物。河床標高、最高海拔標高以及地勢比高分別為200m、450m和350m。

在整個勘查范圍內設置三個GPS點，將這些點全部設置為控制點，將其中1個控制點設置成為基準站。利用流動站對WGS-84坐標體系中的平面坐標和大地高坐標進行測量，并將其轉變成為普通坐標系統中的坐標值。整個測量過程嚴格按照相關的測量標準開展。巷道、槽探端點和地質關點的放樣鉆孔測量，利用GPS-RTK技術在以上測量區域內生成鉆孔放樣點，獲得鉆孔點后基于全站儀開展鉆孔測量工作。整個放樣鉆孔過程嚴格按照初測、復測和終測的流程執行。

測量精度檢測：驗證基于GPS-RTK測量技術的檢測精度和有效性，在本案例中基于三種不同的方式對地質進行勘查，對比分析檢測精度。第一，選取三個已知坐標點，通過移動站這些坐標點進行檢測，獲得數據后將其與已知坐標值進行對比分析；第二，在相同已知點上，在不同時間段對其進行檢測，獲得檢測結果，分析不同測量時間對檢測結果精度的影響，共計進行23次測量工作；第三，利用傳統的測量工具對兩個相鄰控制點之間的高度差值以及距離進行檢測，將其與基于GPS-RTK的測量技術獲得的結果進行對比分析，共計測量32個控制點。通過以上三種方式共進行58個控制點的對比分析工作，發現基于GPSRTK測量技術的結果與實際結果基本一致，其中高程精度和平面精度誤差分別控制在0.11m和0.18m范圍以內，完全達到實際使用要求。

4 GPS-RTK測量技術應用中的問題及注意點

4.1 存在的問題

與傳統的地質勘查方式相比較，基于GPS-RTK的測量技術不管是在勘查質量方面，還是效率方面均有一定程度的提升。但是在實踐應用過程中，這種技術仍然存在不足之處，限制了技術的進一步推廣和應用。存在的問題主要為測量誤差，實際操作中發現基準站和移動站之間的距離越遠，則測量精度越低，測量時產生的誤差越大。主要原因是GPS主機和衛星在進行數據交換時，信號穿過大氣層尤其是穿過對流層、軌道層和電離層時，受到其他因素的干擾，進而影響數據的準確性。所以為提升地質勘查的精度，在利用GPS-RTK測量技術開展地質勘查工作時，對基準站和移動站之間的距離進行嚴格控制。

4.2 需要注意的關鍵事項

根據上述的分析結果可知，基于GPS-RTK測量技術開展地質勘查工作時，基準站的設置質量會對測量結果和過程產生直接影響，因此，在設置基準站時，強調以下幾點：第一，基準站的設置必須遠離干擾源，防止信號傳輸時受到干擾源的影響，對測量結果精度造成不良影響；第二，基準站與移動站之間不得存在較大的阻礙物，比如很高的山峰，因為高聳的山峰會影響信號的傳輸；第三，不管是基準站，還是移動站，都應該設置在地勢較高的位置，確保信號傳輸效果。

5 結語

地質勘查是很多重大工程項目或者基礎設施建設項目正式施工前需要開展的基礎性工作，主要目的是對相關區域內的地形及地質情況進行詳細檢查。傳統方法開展地質勘查工作時不僅花費時間較長，且測量的質量和精度均較差。基于GPS-RTK測量技術開展地質勘查工作時，整體工作效率有很大提升，且測量的質量和精度與傳統方法相比有一定程度的提升。但利用GPS-RTK測量技術時，需要合理地選擇基準站的位置，并嚴格按照規范標準操作，才可以得到理想的結果。