GPS-RTK在河南某钾长石矿矿区测量中的应用

李蓬勃，周 娟，陈传刚，付明祥，黄德胜

(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000)

在矿山测量中，传统的测量手段在应用过程中很容易受到地形地貌以及气候条件等方面因素的影响，导致测量结果缺乏准确性，而应用GPS技术，受自然因素的影响较小，能够最大限度的提高测量的精度和测量的效率，可以有效保障测量的成果质量[1]。白土坡矿区面积约2.92km2，在此开展的是1∶2000数字化地形图测量，大比例尺地形测量是一个较为困难的工程，地形的高度和坡度都将影响测量的精度，同时，人工测量方法也会直接降低工程效率，增加测量成本[2]，而采用GPS-RTK技术，则能有效改善这一弊端， 在提升测量精准度的同时， 弥补常规测量作业效率低、作业量大等的不足，对矿区测量作业整体质量的提升有着积极意义[3]。

1 测区概况

白土坡钾长石矿区位于河南省渑池县大水沟村，该矿区属半干旱大陆气候区，夏季炎热，冬季寒冷，年平均气温12.3℃，年平均降雨量664mm，地貌属低山—丘陵区，山间沟谷较发育。最高海拔位于测区西北侧山顶，高程1 055m，最低海拔位于测区东南部沟底、高程608m，最大相对高差447m，一般相对高差在300m左右。区内东部植被不太发育，基岩大多裸露，西部植被茂密，以灌木为主。矿区与义马市区、渑池县城均有乡级水泥、碎石公路相通，交通条件较为便利。

2 矿区测量实践

2.1 控制测量

2.1.1 首级控制

根据已有资料，该矿区控制以贺庄矿区原有控制点“HZ01”、“HZ02”和普查原有控制点“IX-29”为首级控制。在首级控制的基础上，为满足矿区测图及工程测量的需要，加密布设了5个I级控制点，编号分别为RC01、RC02、RC03、RC04、RC05，控制点均为刻石。

控制测量外业数据采集使用经鉴定合格的中海达V30型全球导航卫星系统接收机(仪器标称精度为水平±10mm+1PPM、垂直±20mm+1PPM)。本矿区收集信号较差，不宜采用网络RTK，观测时采用单基站模式，基站架设在测区附近地势较高处，仪器开机初始化后，当GPS信号正常、接收数据为固定解状态且HRMS≤0.03、VRMS≤0.05时，以控制点“HZ01”、“HZ02”进行约束、用“IX-29”进行检查。经检核矿区原有的控制网内部精度良好(表1)。

表1 原有控制点精度统计 (单位：m)

2.1.2 加密控制

当首级控制不能满足地形测量及矿山详查阶段工程测量的需要时，直接在首级控制点基础上加密图根点。图根点的三维坐标观测也使用中海达V30型全球导航卫星系统接收机，采用对中杆平滑10s观测一个时段，直接将图根点的三维坐标储存在观测手簿中。

2.2 地形测量

为确保测区整体精度和按期提交测绘成果，测量项目部采用了目前测绘行业最先进的测量设备RTK进行碎部点坐标采集。采用RTK进行测量，不仅减少了架站的次数，而且能确保测区的整体精度，它的最大优点是在施测的过程中，借助GPSRTK技术能直接通过基准站和流动站计算出矿区内各点的沉降和水平位移情况， 使得作业流程大幅简化， 作业强度大幅降低[4]。基站与移动站之间不需要通视，每一待测点只需观测5s左右就可完成数据采集工作，而且能实时得出待测点的三维坐标。

测图时各测绘组以路、河、山脊等为界，以自然地块进行分块测绘。外业观测时，基站架设在测区内海拔较高的地方，确保GPS信号良好、通讯畅通。仪器开机初始化后，当接收数据为固定解状态且HRMS≤0.03、VRMS≤0.05时，用已知控制点进行较正、检查。在精度满足规范要求后进行碎部点三维坐标采集，组长根据点号现场绘制草图。

野外作业时对于测区内的村庄，以圈范围的形式进行了分块测绘，即相连或间距＜2m的房，准确测定其外围边界，以小比例尺房屋符号成块表示，并将名称标注于图上。测区内主要道路实测其一边，量取宽度，用双线表示，对于宽度＜2m的道路均测其中心线，用单线小路表示。永久性的电力线、通信线杆准确测定其实际位置，并在杆架处用箭头绘出线路走向，保证各种线路、线类标示分明，走向连贯。对测区内的池塘、井等均准确测绘。陡坎在测区占了一定的比例，多分布在水田中，故进行了适量的取舍，一般取大舍小。对测区内的河流均实测其河坎位置，用示向箭头表示其流向。

内业采用CASS7.0数字成图软件进行绘图。该软件采用AutoCAD2004为操作平台，软件系统技术先进，功能强大、适应面广、性能稳定。把野外观测的坐标数据从GPS手簿中拷贝到电脑上，在成图软件中把坐标展绘出来，根据外业草图和点号，选择相应的地形图图式符号在电脑上绘制平面图。内业成图时各测绘组之间互相协商，相同的地物均采用相同的线性符号、相同的图层，使图面整洁一致，绘制的地形图见图1。

图1 河南渑池白土坡矿区陶瓷用钾长石砂岩矿地形图

2.3 工程测量

2.3.1 剖面测量

根据地质技术人员提供的设计剖面资料，室内在电脑中用绘图软件提取设计剖面线首尾两点的坐标。然后利用RTK中自带的线放样程序，把各剖面点在实地测放出来，并做好标注和记录。剖面点位置确定后，利用RTK自带的坐标采集功能测定其三维坐标，并将坐标值储存在RTK手簿中。内业时，将RTK手簿中各剖面点的三维坐标拷贝到电脑中，在电脑中采用专业成图软件将各剖面点展绘出来，然后在电脑中直接量取各剖面点到起算点的水平距离及高差。相邻剖面线的间距为400m。本次作业共施测剖面10条，共7 554m。

剖面线图以IV线为例(图2)。剖面线从平面和侧面两个角度在后期方便地质人员在地形图上圈定地质界线和地质矿床。

图2 测区剖面线图

2.3.2 地质点测量

使用RTK，经过初始化、坐标校正、控制点坐标检核后，按照RTK自带的数据采集程序，对地质技术人员确定的地质点的三维坐标逐一进行测定；地质点由专人负责做标记，地质技术人员跟随记录各点的相关信息。

3 应用GPS-RTK注意的问题

GPS-RTK技术的特点在于稳定性以及操作性强，操作过程简单，适用范围也比较宽[5]，但是在应用过程中还应注意以下问题。

(1)使用GPS-RTK技术作业时，需要对测区的作业环境进行全面掌握，尽量避开卫星信号被遮挡、电磁干扰严重或电台无线电传输被制约等地方，防止测量数据获取不正常[6]。本次测量任务前，经作业员实地调研，掌握了测区的作业环境。

(2)基准站的选取是GPS-RTK测量作业得以达成的关键， 合理的站点选择不仅能提升测量精确度还能大幅提升作业效率， 减少作业耗时[7]。基准站电台的天线应架设在GPS接收机主机的北方以避开南北极附近卫星的空洞区[8]，必须同时联系跟踪4颗以上卫星，测量过程中不能对卫星失锁，否则重新初始化。因此，选择地势高且稳固、开阔、交通便利的地方，利于电台的作用距离，确保差分信号传输的质量，方便基站的架设和搬运。完成一个点的全部观测任务，并确保作业项目完全符合要求，记录和资料完整无误，再将点位标志恢复原状态才可进行迁站。需要说明的是，流动站和基准站的距离应＜10km，当距离＞50km，误差的相关性大大减少，以致差分后残差很大，求解精度降低[9]。本次外业观测时，基站架设在测区内海拔较高的地方，确保GPS信号良好、通讯畅通。

(3)一般来说，导致地质勘查结果出现严重误差的首要因素是人为操作不当或者是人为技术问题，因此，GPS-RTK技术对人员的要求是十分严格的，尤其是对核心的测绘人员来说，更应该避免误差的出现[2]。在作业前，作业员要保证电瓶电量充足、数据存储设备有足够的存储空间、保持接收机天线要垂直，等屏幕上显示固定解后再记录数据[10]，作业员应严密注意仪器的警告信息，及时汇报和处理各种特殊情况。此次作业，选取的测量员经验丰富，多次参与矿山测量工作。

4 结语

利用GPS-RTK，将GPS与数据传输技术相结合，完成了河南渑池白土坡矿区1∶2000数字化地形测量、剖面线测量及矿山详查等工作。该技术通过实时解算并进行数据处理，在1～2s时间内得到高精度位置信息，其工作效率是传统作业方法的3倍以上，加快了矿山勘查进程；其精度也为地质技术人员勘查矿山提供了可靠的数据支撑。经地质勘查，白土坡矿床是河南省境内发现的沉积型钾长石矿床，属于新的成因类型，在国内也是少见的矿床类型[11]，作为省稀少矿种重点项目，本文选择以此矿区测量为例，具有代表性，通过对矿区的测量实践，探讨了应用GPS-RTK技术应注意的问题，为国内矿山测量工作提供借鉴。