GPS-RTK技术在矿山地质勘查中的应用探讨

2022-06-23葛尊国

世界有色金属 2022年1期

关键词：流动站剖面控制点

葛尊国

（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃兰州 730046）

矿产资源为不可再生资源，其储量有限，为提高矿产资源的利用效率，应不断加大矿山地质勘查力度。在勘查过程中，可以采用先进的GPS-RTK技术，通过对该技术的熟练运用，能够给地质勘查提供可靠的数据支撑，促进勘查效率和质量进一步提升。

本文就GPS-RTK技术在矿山地质勘查中的应用展开分析探讨。

1 测区概况

勘查区位于甘肃省玉门市，2000系地理坐标为东经：97°15′29″～97°25′29″，北纬：40°36′31″～40°38′31″。一条简易公路与勘查区相连，交通条件比较便利，具体如图1所示。

图1 勘查区交通位置示意图

勘查区为低山丘陵地形，山势不高、地势起伏不大，海拔在1630m～1800m左右，相对高差从50m～150m不等。勘查区是典型的半沙漠大陆性气候，夏热冬冷，最高气温约为37℃，最低气温约为-28℃。

勘查区人烟稀少，南侧有一座脉石英矿，处于生产阶段。本次勘查的主要工作量是一级GPS控制点测量、剖面线和1:2000地形图测量。下面重点对该矿区地质勘查中GPS技术的应用展开分析。

2 GPS技术在矿山地质勘查中的应用

2.1 控制测量

本次地质勘查选用的是CGCS2000坐标系，如图2所示。高程基准选用的是1985国家高程基准。勘查区网络信号好，所以决定采用GSCORS系统（连续运行参考站系统）进行施测，控制测量以GSCORS作为起始数据，通过GPSRTK控制测量的形式施测，实地踏勘、桩位埋设、数据采集以及误差计算等工作，全部按照现行《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》CH/T 2009-2010规范的规定要求执行。

图2 CGCS2000坐标系示意图

（1）选点与埋石。GPS控制点之间无通视要求，在点位选埋的过程中，可依据现行《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》CH/T 2009-2010规范的规定要求，将控制点选埋在交通条件便利、地面基础稳定、距离反射卫星信号物体远、视野开阔的位置。

为提高选点效率，可在1:10000的地形图上进行室内选点，点位初选后，由外业人员负责实地踏勘，根据踏勘结果，对点位加以修改，确定最终点位后，开始埋石。选点时对控制点覆盖问题全面考量，共布设GPS一级控制点15个，用WTJ1…15表示。所有点位均与高压线路、无线电发射台保持足够的距离，不会受到干扰。标石选用的规格为10×10×40cm，在中心钢筋上刻有十字，桩面标有点号，以WTJ的字样标注。标石埋好后，提交各点的记录和GPS网的选点网图[1]。

（2）野外观测。本次地质勘查中，野外作业选用南方银河6号型GPS接收机（如图3所示，）两台，采集控制点坐标，严格按照《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》的规定要求开展测量工作。仪器使用前，精确对中、整平，观测开始前和观测完毕后，分别量测一次天线高度，两次量测的高度差≤±3.0mm时，取平均值作为最终的天线高度，记录到观测手薄中。开展野外观测作业时，设置好GPSRTK的坐标系统和中央子午线，对平滑次数加以设定，利用CGCS2000系统，采集3～4个E级GPS控制点的坐标和高程，求得相应的转换参数[2]，利用的工程文件，在其他的2～3个E级GPS控制点的基础上进行检核，确保所测坐标和高程结果满足《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》要求。

图3 南方银河6号型GPS接收机

2.2 地形图测量

为满足项目所在地多金属矿区地质勘探工作的开展需要，在矿区范围内进行1:2000地形测图5km²。

将经过蒸馏水清洗烘干后的丝瓜络纤维，按1：8的浴比置于1 mol/L三乙胺中浸泡18 h，浸泡后用蒸馏水清洗至pH值为7，再用蒸馏水洗涤3次，烘干。

本项目中，矿区的地理位置在高山上，山坡的坡度均＞25°，故此可将该矿区归入到高山困难地区的范畴。此类地区的地形图测量应采用5.0m的基本等高距，可以任意对地形图分幅，图幅的编号用每个图幅西南角坐标的千米数表示。

2.2.1 地形测图的精度要求

矿山地质勘查中，地形测图的基本精度要求如下：

（1）数字高程模型格网点相对于邻近图根点的高程中误差不得超过0.1条基本等高距；地形点的最大点位间距要保持在40m～50m之间，地形图高程注记精确到0.01m。

（2）在本矿区中，采用数字化测图的方法开展地形测图工作，具体是指以数字的形式，对地形图上的要素进行表达。数字地形图包含的数据较多，如控制点、境界、居民地、水系、土貌、土质、交通、管线、植被、垣栅、其它的地理信息数据等。

（3）在对数字地形图中的地理要素选取与综合时，可以参照相应比例尺地形图的图式或编汇规范。与数据质量相关的元素如下：数据源、精度（属性、位置、时间）、完整性、逻辑性等。

2.2.2 图根控制测量

2.2.3 地形图测量要点

（1）测绘方法。在测绘本矿区1:2000比例尺地形图时，采用的测绘方法为全站仪极坐标法、GPS-RTK全野外数据采集测图法；测绘前，转换相关参数，不允许超出规范要求的转换参数计算范围，保证转换后的参数精度符合本矿区的测绘要求；参数转换后，分析检验参数选取的可靠性，采用实测检查的方式将检查点设置到测绘区域的边缘、中部位置。根据实测结果显示，高程较差≤±3cm，平面较差≤±5cm。

（2）基准站布设。实地考察地形地貌，掌握数据链通信覆盖情况，在测图面积范围内合理布设基站；基准站选在视野开阔、地势较高处，作业半径控制在8km以内，基准站周围无高大障碍物、无强干扰磁场、无反射卫星信号物体，确保基准站正常接收卫星信号。

（3）流动站作业。流动站作业采用固定解成果，有效卫星数量不得小于5颗，PDOP值不允许超过6；流动站参照基准站的相关设置，保证测量模式、基准参数、转换参数、通信频率设置都与基准站的设置相同；选在视野开阔的区域初始化流动站接收机，确保信号接收免受物体干扰；在流动站正式作业前，试测已知点，检测数量不小于2个，要求试测结果与已知点成果的平面差不得超过30cm（即地形测图上偏差不得超过0.15mm），高程较差不得超过基本等高距的1/5，控制在40cm以内[4]；流动站作业时，当出现卫星信号失锁情况，作业人员需立即初始化流动站，初始化后试测已知点，待检验合格后方可继续作业；在当天作业完毕后，操作软件传输存储野外作业数据，在计算机内备份数据，以免数据丢失。

（4）数字化地形测图。在不同基准站作业时，流动站要检测地物重合点，或者检测地貌特征点，要求检测点在测图上的平面较差不得超过0.6mm，高程较差不得超过基本等高距的1/3；在地形测图绘制中，根据测点获取的数据自动绘制草图，草图编号与测点编号、仪器编号一致。绘制后，检查校对测点编号是否正确无误，及时纠正错误的编号；数字化地形测图采用内外业一体化模式，根据外业测量数据实时成图、实时确定测点层性，保持测量数据之间的逻辑关系和连接关系，提高内外业同步作业效率。

（5）数据检查。在野外作业后，作业人员及时检查数据是否完整，剔除无效数据、作废数据，重点检查重测数据、补测数据的正确性；在检查无误后，作业人员借助软件生成原始数据，建立起与计算机的通讯，将原始数据传输到计算机端，备份数据。

2.2.4 编辑处理

数字化地形图与常规的地形图不同，对后续的编辑处理要求较高，编辑过程中，应当以RTK野外数据采集到的原始数据作为支撑，运用南方测绘仪器公司编制的成图软件CASS9.1，对相关的数据进行处理，并完成图形编辑。具体的操作方法如下。

（1）在计算机系统中，对原始数据文件中的控制点数据、地形、地物点数据以及修正数据加以分类，分别对各类数据做编辑处理。生成等高线时，要先组成DTM网，以此来确定相应的特征线，包括地性线的走向、断裂线以及边界线等。当以等高线数据构建三角网时，应将等高线作为特征线处理。

（2）采用分层的方法表示数字地形图，分层方法、图层命名全部采用统一的格式，借助CASS9.1软件，结合原始数据，计算机系统能自动生成图形，当需要批量生成图形时，可以选择批量处理软件。生成图形的过程中，可进行人机交互式的图形编辑，使生成的图形满足使用需要[5]。

（3）在计算机系统中进行以下编辑处理后：DTM组网、修改、删线、连线、分幅以及注记等，便可生成与实地相符的图形，随后通过数字的形式，对图形进行存盘和输出打印即可获得数字地形图形。

2.3 勘探剖面测量

勘探剖面的目的是为正确圈定矿体、了解矿体各部分的结构及形态而开展的一项测量工作，能够为矿山设计提供参考依据。

2.3.1 勘探线剖面测量

在开展此项测量工作时，要先布设起始剖面点的端点、剖面控制点。为提高点位的选择效率，在矿区已经测得的1:10000地质图上选取点位，经外业人员现场确定后，对标志进行埋设。随后利用GPS-RTK联测，采集到的数据作为剖面线的起始数据[6]。从剖面的起始端点，按各条剖面线间的距离与方位，通过解析法，推算出理论坐标，以此作为主要依据，利用RTK精确放样测定。施测时，应确保精度指标与现行规范标准的规定要求相符，以架设基站的形式，利用控制点数据，对坐标系进行设置，并完成点位校正。

2.3.2 剖面图的内容

剖面图主要包括以下内容：剖面图的名称、编号、纵横比例尺、剖面的实测方位、高程线、图廓线、投影平面图以及剖面地形线等。