水工环地质调查中GPSRTK技术的应用

贾邦中

摘要：水环工地质调查是实现可持续发展的坚实保障，目前水环工地质调查中有许多的技术被应用，其中GPSRTK技术是当前一种新型的探测技术，它以其效率高、精确度高等优点从众多的探测技术中脱颖而出，本文就对GPSRTK技术在水环工地质调查方面的应用进行了深入的探索，通过分析GPSRTK技术的原理，对其在环境污染、碳氢污染方面的应用进行了详细的分析，希冀能够为以后在这一方面的研究工作提供一份可供参考的资料。

关键词：水环工；GPSRTK技术；精确；环境保护

1.引言

水工环地质是工程、水文、环境三种地质的总称，其勘测工作主要是对地下水资源、自然地质环境以及工程建设这三方面进行评价。水工环地质勘测对优化经济结构体系，协调经济发展与环境保护相适应有着非常重要的作用。随着环境问题越来越严重，国家对环境的保护和治理的力度也逐渐加大，在这一新的形势下，探索高效新型的水文环地质勘测技术，改变以往盲目探索的问题，形成一套完善的水工环地质勘测模式，成为水环工地质探测发展的重点，同时做好水环工地质探测工作将成为可持续发展的坚实的保障。

随着科技水平的不断提升，卫星定位技术已经开始进入到我们的日常生活中来，GPS技术以其精准、便捷的优点在生产生活中得到了广泛的应用。这其中，GPSRTK技术是以载波相位测量为基础的一种实时动态测量定位系统，这一技术可以实时的检测所处的位置信息并进行数据传输，在水环工地质调查中可以提供更加精准的位置坐标，因此被推广开来。GPSRTK技术采用个差分法计算原理，这种方法可以很好地降低在修正载波测量过程中所产生的误差，提高计算的精确性。目前GPSRTK技术在水环工地质调查中占据着非常重要的地位，其功能应用、服务质量也在不断地提升，同时也在朝着更广泛的应用方向发展。

2.基本工作原理

GPSRTK是由两种系统组合而成的一种精准动态定位系统，首先它是根据载波相位观测量为基础进行GPS定位的系统；其次，采用RTK系统对载波相位测量过程中产生的残余误差进行降低，进而提高其定位的精确度，根据以往的经验的表明，其精确程度可达到厘米级。

实现实时动态测量主要是通过以下的步骤进行，首先安放一台GPS接收机在基准观测站上，然后就是通过GPS卫星对地面坐标进行实时的观测，并将观测的信息通过无线电传送装置传送到用户观测站的GPS接收机上，接收机接收卫星信号的同时也通过无线电传输接收基准站的观测数据和信息，然后通过转换参数、处理器处理后，根据GPS相对定位的原理，计算出相对于基准站的基线向量，得出基准站的位置坐标，最后通过坐标系的转换计算出用户的实时三维坐标。

2.1 GPS技术

GPS（Global Positioning System，全球定位系统）技术是一种动态定位技术，可以在导航定位系统的辅助下全面收集载波相位数据，有效地保证了地质调查数据的准确性。GPS技术可以在卫星和地面之间定位空间。在地面基站的帮助下，安排了高性能，高水平的GPS接收机，并选择了实时观测方法，很好地进行了信号的传输和转换。通过该链接，可以将地面GPS接收器的数据信号转换为无线电信号，并通过精确计算基线向量，由现阶段要测试的基站确定目标，这是由于国内对地质灾害的研究对环境保护工作的深入实施，在一定程度上扩大了GPS技术的应用空间，其在地质矿产资源，水文地质勘探中，在城市规划领域发挥了重要作用。

2.2 RTK技术

RTK技术基于动态差异原理。从传统的角度来看，RTK技术将数据误差控制在厘米范围内，即它以基站和移动站的位置为导向，在接收设备的帮助下接收数据，并在接收设备上进行比较分析。接收设备来自同一来源的卫星信号的数据。经过差异校正后，可以集成无线传输设备以将数据传输到移动平台，这最适合于环境污染和地质灾害的预防和调查。此外，RTK技术还具有自动化，数据可靠，安全系数高，效率高，操作简单的特点。

3. GPS RTK技术在水利工程地质勘察中的应用价值

（1）工作原理。GPS RTK是一种实时动态测量技术，其工作原理是：根据每个卫星的观测情况，在基站上安装GPS接收器；在连续观测的前提下，数据信号通过卫星传输到天文台，而无线电设备承担起了卫星和天文台信号的传播的任务。GPS接收器不断地接受发射来的数据，不断变化参数，通过GPS定位以及科学的预算，找到另一个坐标，即wgs-84。结合wgs-84坐标和局部坐标之间的参数，可以真正显示所需的精度和系数。（2）应用价值。首先，效率与传统的测量技术相比，GPS RTK技术具有高强度测量的优势。换句话说，在地质环境调查中，现代的RTK基站可以测量半径为5000m的区域，仅通过一个测量结果就可以弄清地质数据信息，不再大量的安装一些其他无用的设备，减少资金投入，和资源浪费。简而言之，GPS RTK技术不仅可以减少测量人员的工作量，而且可以缩短地质勘测周期，從而在短时间内做好勘察的目的和意义，真正实现其优势。增加地质环境调查的效率。其次，定位准确，GPS RTK技术是一种典型的技术，该技术基于载波相位，用于对观测点数据进行实时和动态定位。换句话说，使用了天文台的三维坐标，并使用了实时定位分析中的数据变化以使其精确到厘米级。如果在实际的地质调查中完全贯彻GPS RTK的技术标准，就可以避免测量误差，这不仅是对传统测量技术在平面和仰角上精度的合理提高，而且是避免测量的核心方法。GPS RTK技术相对于普通的技术，只需要按照循电磁波直视技术的原理，不需要按照两点光学直视，就可以达到标准，这也是技术的一大创新。在数据测量这方面，GPS RTK技术在水利工程环境地质调查中的应用可以实现24h不间断运行的目的，而不受外界因素的干扰。最后，实现自动化。针对水利工程和环境地质调查，GPS RTK技术可用于各种环境的测绘工程中，以减少或控制人为错误，提高数据测绘的精度。另外，借助专业的软件映射功能，以其多样化的优势来进行自动映射。

4. GPS RTK技术在水环境地质勘探中的优势

（1）与传统的高效率测量方法相比，测量控制点的数量为GPS RTK测量技术和移动所需，大大减少了测量仪器的数量，并且只能测量一次操作，每次放样花费的时间点测量过程仅需1.2s，仅需要在此时间范围内即可完成放样点测量。另外，对于一般的地形和地形测量，RTK技术只需对半径为5km的测量区域进行一次测量即可保证测量精度，大大减少了测量时间，提高了测量效率。（2）高定位精度RTK技术具有很高的定位精度。通常，有必要确保RTK测量满足的基本条件可以确保测量精度。特别是对于一般定位，RTK的仰角和平面精度可以达到厘米级，并且不会积累测量误差。（3）RTK技术在全天候运行中的工作要求只需要满足空气和电磁波穿透的要求，而两点之间就不必满足光学穿透的要求。因此，与传统的测量技术相比，RTK技术通常在雨天，强风和其他天气条件下工作的障碍较少，这意味着它可以实现全天候运行。（4）具有高度自动化和集成度的RTK技术可以满足各种制图领域的要求。操作设备软件中内置了各种映射功能，可以实现高度的自动化和集成度，从而大大减少了人为操作错误，提高了操作精度。

5.水工环地质调查中GPSRTK技术的具体运用

GPS系统经过多年的探索与发展，已经有了很完善的技术储备，在水工环地质调查领域中的应用也逐渐推广开来，如近几年在环境污染、碳氢污染等领域GPS RTK技术的应用已经逐渐走向成熟。

（1）环境污染。根据大数据信息统计得知，在环境污染勘测领域GPS RTK技术已经占据了主导地位，应用这一技术可以可以获取精准的数据信息，并上传到数据管理部门，使工作人员对数据进行分析整合，从而以最短的时间确定环境污染的位置以及污染的原因，以便于及时的做好解决的对策。而想要达到这一个效果，还要有一定的辅助装置才可以，首先是应用GPS RTK技术要结合集装箱的使用，这样可以保证得到的实验数据可靠性更高，如果待检测的区域以及相邻区域没有污染或者污染的趋势时，需要对潜水面进行污染物探测，这时就可以应用GPS RTK技术对潜水面上的悬浮颗粒物进行探测，假若污染物呈现饱和的状态，则无法对潜水面进行探测，但是可以获得准确的水工环的地质数据。我们以一个实例为代表来说明其在环境污染检测方面的应用。

在山东某地有一硝化纤维厂，该地区地层为石灰岩区域。由于纤维厂对产生的化学污水管理不善导致发生泄漏引发了周边的环境地质问题，污染物主要是硝化纤维。为了对该区域的水质调查，实现对潜水面、地表水以及岩溶等区域的硝化纤维含量的测量，先在井下进行雷达钻孔，按照深度钻15个30m的孔和6个50m的孔，对数据进行收集，以“HK叠加法”作为应用基准，绘制三维数据图。通过该种方式的运用，可以图像重建为核心，将探测深度控制在10m，随后利用后续硝化纤维污染点的开

挖，对地质环境污染问题予以根本上解决，即表明GPS RTK技术在水工环地质调查中，具有显著探测效果。

（2）GPS RTK在南极多年冻土安全检查中的应用被科学家发现在计划进行南极勘探的场所之一中，地下冰层0.3m～ 0.5m处有融化坑，这会对科学勘探场所产生不利影响。基于此，他们使用GPS技术对站点进行了调查。但他们研究了实测的衍射波结构信息后发现有一片冰，但是含水量却很少。

（3）GPS RTK在区域水文雷达数据观测中的应用，其结构特征和地质主体结构将对雷达响应产生一定的影响，并具有一定的特征作用。这些特征效应实际上稱为雷达相位图元素。自1990年以来，荷兰TNO应用地质研究所已使用GPS技术测量和研究了多个测试地点，以评估GPS特性和针对不同水文地质目标的成像可能性。研究结果揭示了荷兰不同沉积环境下雷达相图要素的特征，对确定水文地质序列的位置具有重要意义。

（4）碳氢污染物。在水环工地质勘查中GPSRTK技术之所以有如此广泛的应用是因为其具有其他技术门类所不具备的一些优势，比如说在野外勘察中，GPSRTK技术受外界环境影响程度较低，在较短时间内得到比较可靠的地质勘探的结果。为了验证这一优点，国外的一位勘探人员曾经做过长方体集装箱试验调查工作，结果表明符合理论数值。

为了进一步的发掘GPSRTK技术在碳氢污染物探测方面的作用，通过使用雷达，用水文参数以及雷达的响应间对比处理模式为数据，进行试验分析。通过试验得到了以下的结论，首先是在污染物达到饱和状态时，GPS RTK技术无法对潜水面的污染程度进行探测；而当在相邻的区域没有发生污染的情况下，GPS RTK技术在潜水面的探测结果最为有效；试验项目开展的目的主要是对砂质的土壤进行探测。在多元化水工环地质数据基础上，对毛细水头、羽状污染物等传播速率进行针对性把控，如在石油污染（如图1）探测案例中，对GPS RTK技术的科学运用。

在石油污染探测中想要充分发挥GPS RTK技术的优势，也要做好相应的操作步骤，整个过程分为三步：准备、参数转换以及施测。下面我们具体对这三个步骤进行说明：第一个是准备工作，首先要对待探测石油污染地区的平面资料以及三维资料进行收集，通过资料来确定待测点的位置，之后就是布设基准站、流动站并设置好参数，保证数据的一致性。第二个参数转换工作主要是将第一步中收到的参数信息为基准绘制坐标系，做好信息的筛选，并对参数的分布趋势进行分析，以便于GPS软件能够实现参数的转换。第三个施测就是对目标位置进行精确的观察，目前常用的施测设备是徕卡1200型动态GPS RTK施测仪，这种设备具有高低度角、快速跟踪、更新速度快以及抗干扰能力强等优点，在动态检测中精度可以达到±5mm+1ppm×D（D为基线长度），在几秒之内就可以完成测量，在距离方面于15000m内精确度可以达到99.9%，具有很可靠的使用性能。

6.结束语

综上所述，我们可以知道GPS RTK技术在水环工地质检测方面具有非常广阔的应用前景。随着科技的不断发展，多样化、智能化、柔性化的探测技术在水环工地质探测领域中开始全面应用，工程探测单位在保证探测水平与质量的前提下，开始对探测的效率、精确度以及降低劳动强度等方面进行多样化的选择，这促进了对先进技术以及设备的科学研究，增大的了创新发展的步伐。GPS RTK技术正是在不断地创新中探索出来，它以其高效率、高精准、高度自动化以及高强度作业等优势从众多的探测技术中脱颖而出，使其成为环境污染、碳氢污染以及水文地质调查、安全检验等领域中的不二之选。

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