基于GPS—RTK技术在地质勘探工程测量中的应用研究

狄广礼++刘剑英

摘 要：主要介绍了GPS-RTK技术及其快速静态定位、准动态定位和动态定位三种定位模式，重点对GPS-RTK技术在地质勘探工程测量中的勘探网及控制测量、工程点布设、勘探线剖面测量、地质工程点定位测量和物化探测量等应用情况进行了分析。并对GPS-RTK技术应用中的测量误差来源和精度、基准站和移动站的设置进行了讨论。GPS-RTK技术改变了传统的地质勘探工程测量模式，极大的提高了地质勘探工程测量外业工作效率及测量精度，在地质勘探工作中得到了越来越多的应用。

关键词：GPS-RTK 快速静态定位 准动态定位 动态定位 案例应用 测量精度分析

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

作者简介：狄广礼（1978-），男，汉族，河南封丘人，工程师，本科，主要从事地质测绘、城市测绘、地籍测量及其相关工作。

从上个世纪90年代起，GPS技术逐步兴起，因其具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通、导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查等不同领域。特别是GPS实时动态定位技术的发展与进步，使传统的测量工作产生了革命性变化。目前，随着我国社会经济的高速发展，地质找矿工作又迎来了一个难得的发展机遇期。GPS-RTK技术也经过多年的应用，已日臻成熟完善起来，甚至颠覆性的改变了传统的地质勘探工程测量方法，因此探讨GPS-RTK技术应用就很有价值。

1 GPS-RTK系统组成

GPS-RTK系统主要包括三部分：基准站、流动站和应用软件。其中基准站由接收机、天线、发送电台及天线、电源等组成；流动站由接收机、电子手簿、天线、接收电台及天线、等组成；应用软件由支持实时动态差分的软件及工程测量应用软件组成。

2 GPS-RTK定位模式

GPS-RTK测量技术为测量工作的高效率和可靠性提供了保障，对GPS测量技术的普及和发展和具有重要的意义。目前GPS-RTK定位模式主要有动态测量、准动态测量、快速静态测量等三种。

3 GPS-RTK技术在地质勘探工程测量中的应用案例

地质勘探工程测量是地质勘探工作中的一个重要组成部分，为地质勘探工程设计、研究地层构造、计算矿体地质储量和编写地质报告提供基础资料的工作，。将GPS-RTK以上三种主要测量定位模式相结合，可以快速高效完成地质勘探中的控制测量、工程点布设测量、勘探线测量、工程点定位测量及物化探测量等工作。

河南省新安煤田新义二井深部煤普查项目区位于河南省洛阳市新安县城东北部一带，在新安县城关镇、五头镇、正村乡一带。地理坐标：东经112°06°17″—112°17′12″，北纬：34°44′12″—34°48′37″，其东西长约12km，南北宽约5.1km，面积65.38km2。交通位置见下图：

图1 交通位置图

项目区地形地貌较为复杂，河渠纵横，沟坎密布，是典型低山丘陵区，属黄河流域洛河水系，洛河支流涧河、金水河从区南和区内流过。涧河发源于陕县观音堂镇段岩村马头山东麓，从项目区南部外围通过，至洛阳市区兴隆寨汇入洛河。

图2 地形地貌图

经过一年多测量及地质专业人员的共同努力，在一系列的野外调查、测量、二维地震、钻探等相关工作的密切协同下，为国家勘探发现一个储量达三亿多吨的大型煤炭后备资源基地。

3.1 控制测量

控制测量一直是各类传统测量工作的基础和保障。GPS-RTK技术以其测量精度高、速度快正逐步替代常规控制测量方式而成为各类地质勘探控制网建立的主要手段。在以往工作中：边长为5～10km的三、四等基本控制网，可优先采用GPS快速静态定位模式。边长在10～15km的GPS基线向量，如果有效观测时刻的卫星足够多和外部观测条件足够好，可采用快速静态定位模式。如果在平原开阔地区，可使用动态定位模式；设备条件许可和外部观测环境合适时，也可使用动态模式。边长小于5km的控制网基线，则根据具体条件和要求选用动态定位模式和快速静态定位方法。综合考虑项目区的现实状况，我们采用GPS快速静态定位模式布设了87个四等基本控制点，采用动态定位模式布设了156个一级图根控制点，所有的测量成果均优于或达到国家相关规范限差要求。

3.2 工程点的布设

在采用全站仪等传统的测量方法时，需要布设大量高等级的测量控制点以

减少各类地物对观测视线的遮挡和阻碍。而GPS-RTK技术在大量节省人力物力的同时，使测量作业人员从繁重的体力和脑力劳动中解放出来，可以快速高效完成项目区的工程点布设工作。首先，在勘查项目区首级控制网的基础上，合理确定矿区工程点的地理分布及工作路线；然后只需将设计工程点坐标输入到移动站手簿上，利用RTK的放样功能把工程点布设到实地。

为了检测RTK布设的工程点精度，一定数量工程点的检核工作是必不可少的：

表1 全站仪支导线点已知坐标与RTK得坐标及其差值

点号

全站仪导线点坐标

CORS系统控制点坐标

ΔX/cm

ΔY/cm

ΔH/cm

X

Y

H

X

Y

H

1

3824861.674

636956.611

286.178

3824861.681

636956.621

286.183

-0. 7

-1.0

-0.5

2

3824879.657

637304.244

331.949

3824879.649

637304.238

331.956

0. 8

0.6

-0.7

3

3824940.057

637351.918

330.205

3824940.051

637351.912

330.214

0. 6

0.6

-0.9

4

3824936.230

637412.885

335.384

3824936.225

637412.879

335.378

0. 5

0.6

0.6

5

3824844.611

637524.535

324.801

3824844.618

637524.541

324.811

-0. 7

-0.6

-1.0

6

3824926.865

637556.532

330.699

3824926.885

637556.542

330.685

-2.0

-1.0

1.4

7

3825026.065

637637.839

333.185

3825026.043

637637.821

333.171

2.2

1.8

1.4

8

3825145.265

636400.321

239.529

3825145.274

636400.328

239.533

-0.9

-0.9

-0.4

9

3825221.939

636475.104

248.448

3825221.945

636475.111

248.454

-0.6

-0，7

-0.6

10

3824771.613

638169.588

333.643

3824771.633

638169.598

333.625

-2.0

-1.0

1.8

11

3824874.477

637735.863

335.710

3824874.492

637735.882

335.723

-1.5

-1.9

-1.3

12

3824770.723

637906.581

336.103

3824770.729

637906.591

336.113

-0.6

-1.5

-1.0

根据公式计算各个点的点位误差，见表2

表2 各个点的点位误差

点名

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

点位误差

1.2

1.0

0.8

0.8

0.9

2.2

2.8

1.1

0.9

2.2

2.4

1.2

根据公式，计算点位的中误差为1.58 cm，计算高程的中误差为1.54 cm。由计算的各个点位误差和高程的中误差看，RTK测量成果的平面中误差高程中误差均未超过5cm。

3.3 勘探线剖面测量

按地质勘探要求，为了提供勘探设计、工程布设、储量计算和综合研究的准确基础资料，勘探线剖面测量应严格按规范要求及勘查项目区设计要求去完成。勘查项目区布设了6条勘探线，共计33.53km。如果采用传统的全站仪勘探线剖面测量方法，先由一到两名地质工作人员布设剖面起始点，再由两到三名测量人员从起始点按剖面设计方向定线，沿给定的方向线上测定剖面测站点、剖面点（包括工程位置点、地质点、地物点、地貌变换点）以及剖控点。如遇到房屋，树木等障碍物，需要频繁的迁站，野外工作效率大大降低，而采用RTK的放样功能仅需一人就能完成勘探线剖面测量工作，在提高工作效率的同时还测量误差积累的影响。

3.4 地质工程点定位测量

采用半仪器法或者手持GPS是传统质工程点定位的主要方法，但这些定位方法费时费力，且精度较低。现在使用GPS-RTK进行地质工程点定位测量就比较方便快捷了，厘米级的测量精度远远超过了国家相关规范的技术要求。野外作业时，应优先利用项目区内先期布设的距离不超过15km首级控制点作为基准点进行工作。如果首级控制点离需要定位测量的工程点较远，还可利用RTK测量方法将控制点引测到工作区，然后选择有利地形架设基准站，最后利用移动站对各地质工程点进行测量。根据相关规范和技术设计要求，在项目区完成了400多个各类工程点的定位测量工作，为相关地质工作的开展提供了高精度的测量数据。

3.5 物化探测量

布设物化探网是物化探工作的基础，一般是先在项目区内运用测量的方法，沿直线方向布设一系列等距离或者按一定规律分布的物化探观测点或取样点，即布设物化探网。过去物化探测网布设工作主要是由专业测量人员用经纬仪或全站仪来进行作业，测量人员与物化探人员之间必须密切配合，这种传统方法会增加很大的项目成本，且费力费时。而利用GPS-RTK的线放样功能是很容易办到的，且其工作效率也大大得到提高。首先把设计好的基线或测线点输入到RTK移动站手簿上，然后由物化探人员利用GPS-RTK将设计点位布设到实地。根据项目区技术设计，开展了网度为的1000×2000m二维地震勘查测网布设，共完成了地震剖面50.8km及2434个物理点的定位测量工作。

4 问题讨论

GPS-RTK野外作业时虽然有速度快、精度高的优势，但受一系列技术和观测条件的影响，也具有它的缺点和不足。因为缺少必要的检核条件，如果测量作业人员操作失误或某些技术问题处理不当，都将会给测量成果带来严重影响。因此，相对于GPS静态测量，RTK对测量作业人员提出了更高的要求。

4.1 GPS-RTK测量误差来源和精度分析

RTK测量误差包括同距离有关的误差和同测站有关的误差。同距离有关的误差包括电离层误差、对流层误差和轨道误差，该部分误差将随移动站至基准站的距离增大而加大，故RTK测量时应对作业半径加以限制。与测站有关的误差包括多路径误差、天线相位中心变化、信号干扰和气象因素影响等，该部分误差可通过各种校正方法和有效技术措施予以削弱。与传统的经纬仪视距、全站仪相比，使用GPS-RTK技术能显著地提高地质勘探工程测量精度。如在地质工程点定位测量时，GPS-RTK直接在高等级控制点下工作，大大降低测量点位的累积误差。在测网和剖面布设时GPS-RTK能基本消除网线偏移和网闭合差。

4.2 基准站和移动站的设置

利用GPS-RTK进行地质勘探工程测量，基准站的设置特别重要。第一，基准站必须远离各种强电磁干扰源（如微波站、无线发射塔、变电站、高压线、电视台等）；第二，基准站电台天线和移动站天线之间无大的遮挡物（如高层建筑物、高山等），且天线应设置高一些；第三，基准站周围应无明显的大面积的信号反射物（如大型建筑、大面积水域等）。

移动站的设置要特别注意以下几点：一是坐标参数的选择使用对测量精度的影响非常大，因此基准站和移动站的各项参数设置必须保持一致；二是移动站要始终保持与基准站的数据链连接，如果作业范围超过了基准站的有效工作半径，会使测量成果的精度大大降低；三是移动站设置时必须注意对中整平和输人数据的准确性；四是在山区会存在不同程度的高程异常，因此需要尽可能多的联测测区的高等级控制点，加强检核，以有效降低高程异常对测量成果的精度影响。

5 结语

RTK技术是GPS定位技术的一个新的里程碑，它大大提高了测量效率并开拓了GPS新的应用领域。GPS-RTK从根本上改变了测量工作的传统作业方法，为地质勘探工程测量提供了十分有力的技术支撑和保障。GPS-RTK在地质工程测量能有效的改变传统测量工作的弊端，缩短作业时间，降低劳动强度，提高测量成果精度，极大的提升测绘行业的自动化建设水平。随着数据传输能力的增强、数据的稳健性、抗干扰性水平和软件水平的提高，RTK技术将在地质勘测和其他领域有更广阔的应用空间。

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