水工环地质勘查中GPSRTK技术的应用

姜福红

（山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地勘局第二地质大队），山东 济宁 272100）

水工环地质主要包括水文、工程和环境地质。其主要勘查对象有水文相关的地质条件、地形、地貌、地层岩性、地质构造以及环境地质问题等。这对于协调经济发展和环境保护有着不可忽视的作用。随着国家对于环境保护的愈发重视和科学技术水平的不断发展，卫星技术（GPS）和载波相位分差技术融合起来，形成GPSRTK技术，被越来越多地应用于水工环地质勘查中。RTK系统所使用的个差分法计算原理可以降低测量中所产生的误差，加之自身所具有的自动化高效作业的特性，GPSRTK在水工环地质勘探中的应用正处于朝阳般上升的态势。

1 GPSRTK基本工作原理

1.1 GPSRTK系统简述

GPSRTK由GPS（全球定位系统）和RTK（实时动态）系统组合而成，是一种新的常用的GPS测量方法，无须再像之前一样进行事后的解算来得到一个较为精确的答案。RTK搭载载波相位动态实时差分法，简而言之就是在两部能够接收到GPS的系统之间插入一个无线电通信系统，将其构成一座“通讯台”整体。通过这个系统的电台，在原点的接收机上观测数据和所需相关变化信息，测站点的数据传输给流动站（移动站）。在移动站，从基准站传来的载波信号和流动站测出的载波信号进行差分处理，解算出两站之间的基线向量。此时GPSRTK系统就会根据提前确定相关地质条件的坐标转化和投影参数，计算得到流动站的三维坐标数据。数据和实际有误差，RTK系统也会通过GPS进行自我修正。

1.2 GPSRTK系统误差分析

GPSRTK系统具有操作便捷、环境限制条件少，精度较高的特点，但是其也会在特点环境下产生工程中无法接受的误差。其主要的误差来源有三点，分辨是GPS星历，和信号传播过程中，以及其他外部因素产生的影响。其中外部因素影响主要包括四点偶然误差。

图1 GPSRTK系统误差产生来源示意图

冯文军曾在某地区防洪抗汛工程测绘中使用的GPSRTK技术测量探究其精度[2]，通过误差传播定律可以计算出，测点精度的平方等于基准站架设中产生的误差的平方与GPS接收机的标称精的平方、数据解算软件精度的平方和对中杆误差平方的四者之和。当测量距离大于四千米时五等导线的限差大于测点的总误差之和。

2 GPSRTK系统的优势和应用价值

2.1 GPSRTK技术的优势

GPSRTK技术在水工环地质勘查中有着其他技术难以企及的优势条件。其高自动化机械化特点较传统测量方式相比可以大大提高测量的测量效率，不用繁琐的测量设备并且投入大量的人力物力。与此同时，测量的周期也会被缩短，短时高效省力成为GPSRTK最具竞争力的优势之一。而RTK中的载波相位实时差分法基于全球定位系统，可以对测试点进行实时、动态的测试，精确到厘米级别，省去传统测量技术所需的后期繁琐计算和单一的、静态的测量模式，更符合现代化测量施工要求，对水工环地质勘查的发展、绿色生态可持续有着重要的意义。同时，这项技术还可以全天候不间断持续运行，外界限制、影响因素少，这也是GPSRTK技术近些来的得到业界广泛认可并推广使用的优势之一。

表1 GPSRTK技术在水工环地质勘查中的应用价值

2.2 GPSRTK技术在水工环地质勘查中的应用价值

GPSRTK技术运用到水工环地质勘查中，主要体现在四方面的应用价值：时间效率、精度要求、限制因素、高自动化。

3 GPSRTK技术在水工环地质勘查中的具体运用

GPSRTK技术现如今正愈发步入成熟，应用的范围越来越广。在水工环地质勘查中GPSRTK技术的应用，本文主要从目前已经发展相对成熟的环境、碳氢化合物污染和水文雷达等领域中的具体运用分析。

3.1 GPSRTK技术在环境污染勘查中的具体运用

现如今GPSRTK技术在环境污染勘测领域中已经是主要技术之一。其测量数据的精准性是其在这项勘测中发挥出的最大优势。环保有关部门人员根据其上传的数据可以进行进一步处理，找到污染源头并且寻求解决之道。为了确保其数据的可靠性，在环境污染勘测中运用GPSRTK技术还要结合集装箱来使用。而在处理污染区域时需要小心的是，必须确定相邻区域的污染情况。

贾邦中发表的一篇文章中介绍了一个硝化纤维厂的污区域GPSRTK技术的具体运用[3]：山东某石灰岩地层区域的硝化纤维厂泄露化学污水引发的地质环境问题中，对水质调查使用GPSRTK技术的实例。其主要污染物是硝化纤维，所以需要对潜水层以及地表水等水层测定纤维含量。雷达钻孔收集数据后绘制数据图，以GPSRTK技术数据为基准重建图像来实现解决污染问题的方案设计，后续在施工过程中按照计划严格执行，达到了预期的治理效果。

3.2 GPSRTK技术在南极冻土安全检查中的具体应用

南极中的冻土是一种较为复杂的地质条件，在极低温度下含有冰的岩石和土壤，长期强度非常低，所以在冻土区修筑工程时必须要对冻土进行安全检查。科学家们现如今已经把GPSRTK技术应用到其中。倘若地下冰层存在有消融、融化的迹象，会影响科学勘查的场所，如果冻土强度不够，建筑物就会下沉塌陷。GPSRTK技术就可以对科学家建立的勘查基站进行调查测量，这是一种传统测量方法难以完成的测量任务，可以确保科学实验和研究的安全。

3.3 GPSRTK技术在碳氢污染物勘测中的应用

碳氢污染物的勘测特征之一就是需要长时间在野外工作，这既增加了勘查难度，也提高了勘查的人力物力成本。但是GPSRTK技术就很好地解决了这一难题。碳氢污染物的代表就是石油污染，在高锐发表的《水工环地质勘查中GPSRTK技术的应用》[1]中有对于勘查石油污染的三步：①收集相关污染地区的资料，绘测待测点位置，根据GPSRTK技术要求设计基准、流动站。调整参数，准备测量。②以参数信息为基准建立坐标系，对有价值的数据进行筛选和分析。③观测目标位置。常用的施测设备是徕卡1200型动态GPSRTK施测仪，其具有角度范围大，动态检测中精度高、时间短以及抗干扰能力强等优点。

4 结语

GPSRTK作为新兴的测量技术手段，在水工环地质勘查中具有十分广阔的应用前景。其时间效率高、探测精度准、限制因素少和自动化、适应性水平高等特性使之逐渐成为目前最具潜力的探测技术之一，目前国内许多工程探测单位都开始逐步引入GPSRTK技术。而水工环地质调查对于我们国家的环境保护、可持续发展又有着不言而喻的作用，将GPSRTK技术应用于水工环地质勘查中，提高了勘查的效率、效果，长远来看更有利于我们国家的环境保护发展，是一门有待进一步发展的现代化、高科技技术，具有光明的未来。