GPS-RTK测量技术在地质勘查中的应用分析

赵 浩

（商洛西北有色七一三总队有限公司，陕西 商洛 726000）

地质勘查是很多行业开展工作的必要过程，利用传统方法对地质进行勘查时，需要在勘查范围内设置多个控制点，基于这些控制点开展相关的勘查工作[1]。为顺利地开展地质勘查工作，所设置的控制点必须满足很好的通视条件要求，且需要在规定的气候条件和时间范围内开展地质勘查工作，其勘查条件相对苛刻，对地质勘查工作的质量和效率造成一定的制约，无法满足现代社会高效率的勘查需求[2]，导致特殊情况下需要对树木进行砍伐，破坏环境。总体而言，传统的地质勘查方法存在效率低、费用高、耗时长等缺点。在此背景下，人们将GPS-RTK测量技术应用到地质勘查工作中，显著提升地质勘查工作的质量和效率，取得很好的实践应用效果[3]。本文主要分析地质勘查工作中GPS-RTK测量技术的实践应用情况，对于提升地质勘查质量和效果具有一定的实践意义。

1 GPS-RTK测量技术工作原理和流程

1.1 基本工作原理分析

GPS-RTK测量系统总共由三大部分构成，分别为通信系统、基准站和流动站，其中基准站和流动站中均需要配备一个GPS接收机，因此，测量系统配备两个以上的接收机。如图1所示为GPS-RTK测量技术的基本工作原理示意图。GPS主机的作用是不断地监测可见的卫星。基准站获得的信号通过发射电台传输给无线电设备，再将其传输至用户站。流动站一方面接受自身接收机所采集到的信号，同时接收基准站发射出来的卫星信号。移动站接收到以上数据信息后，对数据信息进行初步的分析整理，将分析整理后的数据传输到控制器中进行深入地分析和计算。控制器分类所有的数据信息，辨别哪些信息是基准站接收的信息，哪些信息是从外部传入的信息。基于两种数据之间的差别，计算得到流动站与基准站中间的距离，从而达到测绘的目的。

图1 GPS-RTK测量技术原理图

1.2 测量工作流程

（1）测量前的准备工作。正式开展GPS-RTK测量之前，对待测量的区域进行实地勘查，分析待勘查的地形特点，分析前期设定的基准点是否合适。通常情况下将高度截止角设置成10°，流动站和基准站的采样频率分别设置为4.5s和1.5s。在软件中设置好放样点的线路及其具体坐标。

（2）工作区转换参数计算。基于GPS-RTK测量技术的坐标系和地质勘查的坐标系存在差异，其中前者采用的是WGS-84坐标系，后者采用的是标准坐标系。需要对两个坐标系中的参数进行互相转换。基于GPS-RTK测量技术获得的是该坐标体系中的坐标数值，需要基于内置的算法将其实时转变成为标准坐标系中的坐标。该参数转换的环节非常重要，其直接对地质勘查结果的质量和精度造成影响。

（3）基准点的设置与测量。为确保测量过程的效率及测量结果的精度，在选择基准站时必须遵循相关的原则，主要包含以下几点：第一，基准站的位置坐标应该容易测量或者直接设置在已知坐标上；第二，优先将基准站设置在干扰量少、地势高、交通便利等位置，这样可以提升数据传输的效率和质量，方便后续工作的开展；第三，为避免数据链在进行无线传输时发生丢失或者产生多路径效应等问题，在基准站周边200m范围内不得出现干扰源，且附近范围内不要出现GPS反射源；第四，考虑到卫星的实际工作情况，在设置基准站天线时，将其设置在GPS接收机的北侧位置。

2 GPS-RTK测量技术在地质勘查中的应用

地质勘查是一项非常系统和复杂的工程项目，需要开展钻探、测绘、采样测试等一系列工作，对勘查区域内的矿产情况、岩石情况、地层构造情况、地下水情况等进行全面系统地调查研究。其中很多工作都可以利用GPS-RTK测量技术来完成，通过该技术提升测量过程的质量和效率。以下简要分析地质勘查工作中GPS-RTK测量技术的实践应用情况。

2.1 地形测量

所谓地形测量就是通过专业的测量仪器和工具，测量地面上的一些特殊位置，获得重要位置的标高等信息，并按照一定的比例对图形进行缩小，用特殊符号标记地面上的物体。以往主要是利用全站仪测量法对地形进行测量，这种方法受透视条件的限制，对测量结果产生影响，且在地形测量中不断地移动仪器设备，测量过程需要花费很长时间和大量的人力。基于GPS-RTK测量技术对地形进行测量时，只需要在测量系统中设置好坐标系之间的转换参数。利用该系统同时对不同区域开展测量工作，使勘查不受通视条件限制，显著提升测量过程效率和质量，同时，降低人工成本。

2.2 地质填图

地质填图是地质勘查工作中的重要组成部分，主要是基于地质学方法对勘查区域内的地质情况包括泉、井等进行观察和测量，将测量结果编制成地质图或相关文件。以往的测量主要是基于GPS技术开展静态观测，持续很长时间才能得到每个观测点的结果，并且，观测点分布密度会对最终结果精度产生直接影响，整个测量过程非常耗时。而基于GPS-RTK测量技术开展地质填图工作时，只要基准站的位置设置合理，可以对大面积区域开展测量工作，扩大了测量范围。测量人员可以利用特殊的交通工具携带流动站依次对不同的测量目标进行测量。测量结果是经过转换后的结果，可以直接使用。

2.3 勘探线剖面测量

在开展地质矿产勘查工作时，通常需要布设勘探线。工作人员首先在地图上标定勘探线的位置和方向，然后在实际地形中根据地图标记结果，沿着勘探线开展矿产勘查工作。以往的勘探线剖面测量方法主要是在勘探线上设置控制点，在这些控制点上设置全站仪开展测量工作。这种测量方法不仅得到的测量结果质量低，误差较高，且工作效率低。基于GPS-RTK测量技术对勘探线剖面进行测量时，不会受到通视条件的影响，整个过程可以实现全自动化测量，降低人为操作时产生的误差。测量精度与传统方法的勘查效果相比较，其提升的效果明显。

2.4 放样

在对地质进行勘查时，需要在对应位置进行钻孔取样，并对岩石进行分析，从而获得勘查区域的地质情况。基于GPS-RTK技术来完成放样工作，比传统方法效果更好。比如，某新建的煤矿需要对回风井井筒附近的地质情况进行检查，在煤矿人员提供的回风井相关资料的基础上，利用GPS-RTK技术在井口附近完成了放样工作，其中钻孔位置距离井口约10m～25m。以上放样工作全部由系统自动化完成，工作效率高。

3 应用案例分析

根据实际工作要求，需要对某矿区进行地质勘查，需要勘查的面积大约为1km2，勘查区域交通情况便利，属于山区的中部位置，但山区地势不高。通过前期调研，勘察发现矿区整体上呈现出“V”字型的沟谷发育，平均坡度达到25°，且地面上生长有很多毛竹植物。河床标高、最高海拔标高以及地势比高分别为200m、450m和350m。

在整个勘查范围内设置三个GPS点，将这些点全部设置为控制点，将其中1个控制点设置成为基准站。利用流动站对WGS-84坐标体系中的平面坐标和大地高坐标进行测量，并将其转变成为普通坐标系统中的坐标值。整个测量过程严格按照相关的测量标准开展。巷道、槽探端点和地质关点的放样钻孔测量，利用GPS-RTK技术在以上测量区域内生成钻孔放样点，获得钻孔点后基于全站仪开展钻孔测量工作。整个放样钻孔过程严格按照初测、复测和终测的流程执行。

测量精度检测：验证基于GPS-RTK测量技术的检测精度和有效性，在本案例中基于三种不同的方式对地质进行勘查，对比分析检测精度。第一，选取三个已知坐标点，通过移动站这些坐标点进行检测，获得数据后将其与已知坐标值进行对比分析；第二，在相同已知点上，在不同时间段对其进行检测，获得检测结果，分析不同测量时间对检测结果精度的影响，共计进行23次测量工作；第三，利用传统的测量工具对两个相邻控制点之间的高度差值以及距离进行检测，将其与基于GPS-RTK的测量技术获得的结果进行对比分析，共计测量32个控制点。通过以上三种方式共进行58个控制点的对比分析工作，发现基于GPSRTK测量技术的结果与实际结果基本一致，其中高程精度和平面精度误差分别控制在0.11m和0.18m范围以内，完全达到实际使用要求。

4 GPS-RTK测量技术应用中的问题及注意点

4.1 存在的问题

与传统的地质勘查方式相比较，基于GPS-RTK的测量技术不管是在勘查质量方面，还是效率方面均有一定程度的提升。但是在实践应用过程中，这种技术仍然存在不足之处，限制了技术的进一步推广和应用。存在的问题主要为测量误差，实际操作中发现基准站和移动站之间的距离越远，则测量精度越低，测量时产生的误差越大。主要原因是GPS主机和卫星在进行数据交换时，信号穿过大气层尤其是穿过对流层、轨道层和电离层时，受到其他因素的干扰，进而影响数据的准确性。所以为提升地质勘查的精度，在利用GPS-RTK测量技术开展地质勘查工作时，对基准站和移动站之间的距离进行严格控制。

4.2 需要注意的关键事项

根据上述的分析结果可知，基于GPS-RTK测量技术开展地质勘查工作时，基准站的设置质量会对测量结果和过程产生直接影响，因此，在设置基准站时，强调以下几点：第一，基准站的设置必须远离干扰源，防止信号传输时受到干扰源的影响，对测量结果精度造成不良影响；第二，基准站与移动站之间不得存在较大的阻碍物，比如很高的山峰，因为高耸的山峰会影响信号的传输；第三，不管是基准站，还是移动站，都应该设置在地势较高的位置，确保信号传输效果。

5 结语

地质勘查是很多重大工程项目或者基础设施建设项目正式施工前需要开展的基础性工作，主要目的是对相关区域内的地形及地质情况进行详细检查。传统方法开展地质勘查工作时不仅花费时间较长，且测量的质量和精度均较差。基于GPS-RTK测量技术开展地质勘查工作时，整体工作效率有很大提升，且测量的质量和精度与传统方法相比有一定程度的提升。但利用GPS-RTK测量技术时，需要合理地选择基准站的位置，并严格按照规范标准操作，才可以得到理想的结果。