RTK+CASS技術在露天開采礦山修復治理中的應用：以曹村鎮大溝西村廢棄石料廠為例

高 山，孫 冉

（1.安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州 234000；2.安徽地勘局第二水文工程地質勘查院，安徽 蕪湖 241000）

中國露天開采礦山數量眾多，點多面廣。有的礦山開采對山體和自然景觀破壞嚴重，如大量建筑石材露天開采，造成森林植被破壞，基巖裸露，使得昔日青山綠地成為荒山禿嶺，尤其是在交通干線和城市周邊的露天礦山開采，產生了許多負面影響[1]。曹村鎮大溝西村廢棄石料廠位于宿州市埇橋區曹村鎮西南約5.5 km處，為露天開采礦山，開采礦種為泥質白云巖，采礦遺留2個采坑，對當地生態環境造成了較大破壞。治理區存在崩塌地質災害隱患，且對地形地貌景觀、土地資源影響嚴重。因此對礦山進行生態環境修復勢在必行。與傳統測量方式相比，RTK測量技術具備如下優勢：免棱鏡，獨立完成測點任務；不受天氣和溫度的影響；全天候，速度快，一個點只需要幾秒鐘；數據處理簡單等，可極大地節省人力物力[2]。

1 RTK工作內容

GPS實時動態測量簡稱RTK，在該礦山的實際測量中，使用的是南方接收機，包括1臺架設在已知點的GPS接收機作為基準站，2臺接收機作為移動站。設備入場前，首先收集礦區控制點資料（坐標、高程、等級、中央子午線、坐標系、控制網類型等），建立平面控制網。當前，已有的幾個基準點及校核點位置均視野比較開闊且周圍無衛星信號的大面積遮擋，經數次測試，搜星情況良好，滿足工程要求。然后設置基準站，啟動電臺；開啟移動站并設置工程名稱、文件名稱、參數等；連接完成后到另外一已知點進行校核；校核滿足精度要求后方可開始RTK數據的采集工作[3]。測量數據必須在每次測量結束后及時運用南方Cass處理完成。

2 RTK技術在礦上地質修復中的優勢及應用

在已經被破壞的礦山地形地勢下，高質量的RTK一次設站測區可以覆蓋全礦山，每個放樣點只需要停留2 s，就可以完成作業[4]，具有精度高、連續性強、誤差不積累、作業效率高、操作簡便、對作業條件要求相對簡單、數據采集及處理能力強、作業組織形式靈活等特點。RTK技術還具有全天候作業、RTK作業自動化、集成化程度高、可勝任各種測繪外業的優勢。流動站配備高效手持操作手簿，內置專業軟件可自動實現多種測繪功能，減少人為誤差，保證了作業精度。

2.1 礦區大比例尺地形圖的測繪

相對于傳統的方式測圖（建立控制網、碎步點測量、繪制大比例尺地形圖）工作量大、速度慢、作業周期長且需要的人員數量大等缺點，RTK測量技術在（1+2）模式下僅需2人操作移動站即可完成測量任務，在采集中僅需短暫停留即可自動獲取三維坐標并存儲其相應信息，省時省力，結合南方CASS軟件自動成圖，大大提高了作業的效率及成圖的質量。

2.2 計算土方量及工區工作量匯總

由于現場工作量大，RTK優勢集中體現在各碎步點的采集均為獨立觀測，累計誤差小，采集信息速度快。傳統測量與RTK測量技術的比較如表1所示[5]。

表1 傳統測量與RTK測量技術的比較

3 案例分析

3.1 工程概況

治理區位于宿州市埇橋區曹村鎮大溝西村西850m，為露天開采礦山，開采礦種為泥質白云巖，2004年12月建礦，于2007年12月關閉。根據現場調查，治理區因開采形成2個宕口，挖損區面積約0.48 hm2，最大邊坡高度約為19 m，最大坡度約80°。治理區存在崩塌地質災害隱患，且對地形地貌景觀、土地資源影響嚴重。

3.2 治理任務

對治理區廢棄礦山地質環境現狀開展詳細的地質調查，包括資料收集、地形測繪、環境地質調查等。調查礦山地質環境問題的類型、規模、危害程度及其主要影響因素，分析采場邊坡的穩定性，并根據邊坡安全情況，確定科學合理的施工方法。采取挖方、填方、復綠和截、排水等有效的工程措施，對治理區進行治理，治理面積約為0.48hm2（治理區面積0.84hm2）。

3.3 土方測量及計算方法結果分析

測量儀器及監測周期。項目采用南方GPS（1+2）接收機儀器，包含基準站1臺、移動站2臺、手簿2個、機架等若干。

南方CASS軟件計算土方量。通過對工程的要求進行分析，在本工程中采用南方CASS軟件DTM法土方計算。DTM法計算土方是根據實地測定的地面點坐標（X，Y，Z）和設計高程，通過生成三角網來計算每一個三棱錐的填挖方量，最后累計得到指定范圍內填方和挖方的土方量，并繪出填挖方邊界線。

DTM法土方計算共有3種方法：依據坐標數據文件計算、依照圖上高程點進行計算、依照圖上的三角網進行計算[6]。前2種算法包含重新建立三角網的過程，第三種方法直接采用圖上已有的三角形，不再重建三角網。

本文采用的是兩期土方計算法，即對同一區域進行了兩期測量，利用2次觀測得到的高程數據建模后疊加，計算出兩期之中的區域內土方的變化情況。兩期土方計算之間，先對該區域分別進行建模，即生成DTM模型，并將生成的DTM模型保存起來。然后點取“工程應用—DTM法土方計算—計算兩期土方量”命令。一期、二期三角網模型如圖1和圖2所示。

圖1 第一期三角網模型

圖2 第二期三角網模型

利用兩期土方計算，得到計算結果如圖3所示。如圖3所示，計算結果包括此區域的土方量實際情況、挖方和填方狀況，其中總挖方為483.0 m3，總填方為7 022.8 m3，同期工作量統計為6 500 m3，對比分析誤差為39.8 m3，統計工作量與實測接近。考慮到統計誤差的存在，實測數據及計算結果滿足工程使用情況。

4 結論

RTK測量技術在礦山地質環境修復測量的應用，不僅可降低測量成本，還可彌補傳統測量技術存在的不足，從而提升整體測量質量。隨著相關技術的進步，RTK測量技術不斷完善，其在礦山項目中也將發揮出更強大的作用。

基于CASS環境下的DTM 數字模型輔助計算模塊在多項工程，尤其在復雜山區和地形植被較多的地區應用時，可以綜合運用多種數據采集的方法，通過多項工程的使用和驗證，取得很好的效果。使用DTM數字化模塊測量計算工程量，自動化程度高、速度快、精度高、適用面廣，有廣泛的應用前景。