劉影，王少峰，錢曉輝

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊， 安徽黃山 245000）

GPS-RTK與常規(guī)儀器配合在地質(zhì)勘探測量中的應用

劉影，王少峰，錢曉輝

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局332地質(zhì)隊， 安徽黃山 245000）

通過東山塢礦區(qū)的測量作業(yè)，簡要介紹RTK在測量中的強大功能，重點介紹了GPS-RTK在地質(zhì)勘探測量中的控制測量、工程點測設以及勘探線剖面測量等應用情況。結(jié)合常規(guī)測量儀器及技術方法，既彌補了RTK在礦山測量的不足，又體現(xiàn)了GPS-RTK的作業(yè)優(yōu)勢，同時反映出常規(guī)測量儀器不可替代的作用，兩者相輔相成，相得益彰。

GPS-RTK； 地質(zhì)勘探測量；勘探線剖面；東山塢

0 引言

通過東山塢礦區(qū)的測量作業(yè)，簡要介紹RTK在測量中的強大功能和技術優(yōu)勢，重點介紹了GPS-RTK在地質(zhì)勘探測量中的控制測量、工程點測設以及勘探線剖面測量等應用情況。結(jié)合常規(guī)測量儀器及技術方法，既彌補了RTK在礦山測量的不足，又體現(xiàn)了GPS-RTK的作業(yè)優(yōu)勢，同時反映出常規(guī)測量儀器不可替代的作用，兩者相輔相成，相得益彰。

1 GPS-RTK在地質(zhì)勘探測量中的應用

1.1 控制測量

1.1.1 GPS靜態(tài)控制測量

目前市場上所有的RTK主機在測量中都可以通過其控制面板設置為靜態(tài)測量工作模式，進行控制測量。其精度可達毫米級。其工作原理是通過至少兩臺接收機同時接收衛(wèi)星信號（觀測時間隨精度要求可長可短，一般為40分鐘左右），通過對衛(wèi)星信號的處理可以精確計算出點在WGS-84坐標中的三維坐標差，通過相應的平差處理軟件進行處理，可以根據(jù)某個點的已知坐標，推算出另一點的坐標。由于靜態(tài)相對測量精度高，布點時不受通視等作業(yè)環(huán)境的影響，而被廣泛的應用于大地測量、工程測量的首級控制網(wǎng)的布設。當然也可以直接用動態(tài)作業(yè)模式進行圖根點加密。

圖1 寧國市東山塢礦區(qū)控制點展點圖Fig.1 Control points plot map of the Dongshanwu mineral district in Ningguo City

針對東山塢礦區(qū)范圍面積及形狀和測區(qū)實際地形、通視條件、交通狀況，我們選用E級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制，均勻布設6個點。布設GPS網(wǎng)時，聯(lián)測了安徽省礦業(yè)權實地核查控制網(wǎng)中2個D級GPS控制點，作為起算數(shù)據(jù)，且均勻分布于網(wǎng)內(nèi)（圖1）。

GPS網(wǎng)觀測采用5臺中海達HD8200E接收機（靜態(tài)測量精度：水平為±5mm+1ppm，垂直為±10mm+1ppm）進行施測，觀測前對儀器進行了鑒定。GPS網(wǎng)基線處理和網(wǎng)平差采用HDS2003 數(shù)據(jù)處理軟件包，根據(jù)平差計算成果，該網(wǎng)最弱點點位中誤差為±2.6cm，最弱邊相對中誤差為1∶450785。完全滿足相關《全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范》的精度要求，且點位精度比較均勻。由于礦區(qū)內(nèi)高程的變化相對復雜，應根據(jù)測區(qū)似大地水準面變化情況，合理布設已知點，并選定足夠的已知點，采用幾何水準來聯(lián)測GPS點，這樣可以高程擬合計算的精度。

1.1.2 RTK圖根控制測量

在應用RTK進行測量定位時，需要把WGS84坐標系轉(zhuǎn)換為實際應用的地方坐標系（本文采用1980西安坐標系）。因此，在參數(shù)計算上我們采用布爾沙七參數(shù)（表示為△X、△Y、△Z、△α、△β、△γ、△K三個平移參數(shù)、三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個尺度因子）進行轉(zhuǎn)換。測區(qū)共設置了6個E級GPS點和2個D級GPS點（圖1）作為起算數(shù)據(jù)，我們首先對這8個GPS點做靜態(tài)觀測測量求得七個參數(shù)，七參數(shù)的求解盡管復雜，但它不受作業(yè)范圍的限制，有利于基準站的選擇，使用過程中測量精度相對穩(wěn)定，精度也相對較高。

RTK圖根控制測量作業(yè)流程圖如圖2。

1.2 RTK圖根控制測量精度可靠性試驗

圖2 RTK圖根控制測量作業(yè)流程圖Fig.2 RTK map control surveying work flow

表1 RTK控制點平面位置檢測精度統(tǒng)計表Table 1 Statistics of detection precision of plane position of RTK control point

表2 RTK控制點高差檢測精度統(tǒng)計表Table 2 Statistics of detection precision of level difference of adjacent points of RTK control point

在東山塢測區(qū)內(nèi)通過使用拓普康 Hiper+型RTK進行了圖根控制點采集，進行這方面的驗證和測試。在參數(shù)設定完成后，為了驗證RTK的實測精度，首先利用拓普康GTS-102R儀器布設了一條5個點的圖根導線，并對這5個點進行水準聯(lián)測，兩者進行對比（見表1，表2）。RTK圖根控制觀測時，基準站設于已知點上，流動站采用三腳架對中，觀測時段在當天的基本允許時段，觀測時間不少于1min，每點對觀測到的3次有效的數(shù)據(jù)進行平均，作為該點的坐標值。

從以上表1中可以看到最大平面校差4.5 cm，最小平面校差2.7 cm，平面中誤差3.5cm。表2中可以看到高程最大校差3.8 cm，高程最小校差2.4cm，高程中誤差3.1 cm。平面精度和高程精度都在《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》允許范圍之內(nèi)。

1.3 地質(zhì)勘探工程測量

地質(zhì)勘探工程測量主要有：鉆孔的布設與實測、槽探端點測量、巷道洞口位置的測量、勘探線剖面測量以及主要地質(zhì)點的測量，這些測量工作都可以通過RTK一次性測得，存儲在儀器手簿上，并以文件形式輸出或打印，最終得到測量成果，其精度通過上述可靠性試驗也得以證實。但是出于山區(qū)找礦地形的特殊性，RTK在大部分區(qū)域并不能獲得固定解，因此也就限制了其在地質(zhì)找礦測量中的應用。

而傳統(tǒng)的測量方法必須在礦區(qū)范圍內(nèi)或礦區(qū)周圍尋找國家各等級三角點、導線點和GPS點，再利用經(jīng)緯儀或全站儀進行導線測量或三角測量，測設圖根控制點，繼而進行工程測量。這樣不僅費事費力，而且會產(chǎn)生誤差積累，給測量成果帶來一定的影響。而且地質(zhì)找礦也不是一蹴而就的事情，隨著找礦工作的逐步開展，許多工程都需要增加或延伸，這給傳統(tǒng)的測量帶來了極大的難題。結(jié)合兩者的特點，我們設計出利用其各自優(yōu)勢的方案，在生產(chǎn)中加以實踐。

首先，我們利用GPS-RTK無需點間通視、定位精度高的特點，進行了首級控制測量和圖根控制點加密；第二，就近使用各級控制點作為起算數(shù)據(jù)，在地質(zhì)工程點（如勘探線剖面端點、鉆孔孔口）附近開闊且地勢較高區(qū)域，布設測量控制點（3個以上）；第三，在已知某一測量控制點上架設全站儀，校準方向后進行勘探線剖面測量及鉆孔位置測量。隨著工程的進展，勘探線長度可能會不斷延長，我們就可以重復第二步和第三步，并且可以檢查之前的測量成果，提高測量精度。

圖3 RTK測量與傳統(tǒng)測量精度對照圖Fig.3 Comparison of precision between RTK and traditional surveying

本文以兩條勘探線剖面測量為例，就RTK測量與傳統(tǒng)測量進行比較，如圖3。

圖3中的3線，工程設計之初是以ZK301孔為基點，方位角為0。，向南、向北分別測繪200米。隨著工程的進展以及對找礦前景的樂觀，在施工后的兩年時間里，分別向ZK301孔的南北方向都布設了鉆孔，而勘探線測量也由此延長至一千多米。利用傳統(tǒng)的方法測量，每次延長都需要進行控制點的傳遞，并且隨著誤差的累積，造成勘探線剖面方位角偏移了3。，兩端點偏移的距離也分別為7.4m和22.1m。造成誤差偏大，超出規(guī)范要求，從而進行返工。而圖中的4線則是以RTK技術配合常規(guī)儀器測量，在勘探線長度相近的情況下，方位角幾乎沒有偏移，完全符合規(guī)范要求。

2 應用體會

通過東山塢項目的實施，對RTK技術的優(yōu)缺點有了進一步的認識，也對傳統(tǒng)測量技術無可替代的作用加深了理解?，F(xiàn)就兩種作業(yè)方式的特點簡述如下：

（1）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術雖無需兩點間通視，且受能見度、氣候等因素的影響和限制較小。但其受山區(qū)地形限制特別大，峽谷深處及密集林木區(qū)很難獲得固定解，也就限制了它的使用。而此時輔以使用常規(guī)測量儀器，則可以彌補RTK的不足，提高了作業(yè)效率。

（2）延長了作業(yè)時間。雖然RTK具有全天候作業(yè)的優(yōu)勢，但當衛(wèi)星系統(tǒng)位置正值美國是最佳的時候，世界上其他一些區(qū)域在某一時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。而且在中午時段，受電離層干擾影響，共用衛(wèi)星數(shù)少，初始化時間長甚至不能初始化，無法進行測量。在寧國東山塢礦區(qū)，我們經(jīng)試驗得出，在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，白天11至15點之間，衛(wèi)星信號差，很難進行RTK測量。因此我們可以合理安排作業(yè)時間，在無衛(wèi)星信號及山谷密林區(qū)域，配合采用常規(guī)儀器測量，延長作業(yè)時間，提高勞動效率。

（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受限，山區(qū)作業(yè)半徑小。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，影響作業(yè)半徑和外業(yè)精度。由于地質(zhì)找礦測量多位于山區(qū)，因此數(shù)據(jù)傳輸難于保證。此時可利用RTK在開闊區(qū)域?qū)崟r引入控制點，再借助全站儀等常規(guī)儀器加以解決。

（4）精度和穩(wěn)定性。RTK測量的精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況等因素影響的緣故。因此在測量時要布設一些“多余”控制點，每次初始化成功后，先重測1～2個已測過的RTK點，確認無誤后才進行RTK測量，并不定時用常規(guī)儀器進行檢核，確保成果質(zhì)量。

3 結(jié)語

通過對東山塢項目的實際應用分析可以得出這樣結(jié)語，GPS-RTK技術進行工程測量中的首級控制網(wǎng)與加密控制網(wǎng)的測量能夠達到地質(zhì)找礦工程的精度要求，而地質(zhì)工程點的測量則可以使用常規(guī)測量儀器，兩者配合使用，更好地發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，解決在測量中所遇到的難題，彌補了各自的不足，從而達到更好的測量效果。

［1］GB/T 18314-2009.全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［2］GB/T 18341-2001.地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范［S］.北京：中國標準出版社，2001.

［3］ 徐紹銓.GPS測量原理及應用［M］.武漢：武漢大學出版社，2008.

［4］ 張正祿.工程測量學［M］.武漢大學出版社，2002.

［5］ 汪應庚，許紅兵，傅建真，等.安徽省寧國市竹溪嶺鎢銀（鉬）礦普查地質(zhì)報告［R］.2013.

［6］ 毛開森.GPS RTK技術在雙龍煤礦地質(zhì)勘查測量中的應用［J］.礦山測量，2009，（4）.

［7］ 王少峰，上官晶亮.GPS RTK技術在竹溪嶺礦區(qū)地質(zhì)勘查測量中的應用［J］.安徽地質(zhì)，2014，24（4）.

ON GPS-RTK COMBINED WITH GENERAL INSTRUMENTS APPLIED IN GEO-EXPLORATION SURVEYING

LIU Ying， WANG Shao-feng， QIAN Xiao-hui
（No.332 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province， Huangshan， Anhui 245000， China）

∶ This paper mainly introduced the composition and measurement principle of GPS and RTK systems，and focused on powerful function and advantage of RTK in surveying， through production project practice，highlighted application of GPS-RTK in geo-exploration surveying in terms of control survey， geological engineering stationing and prospecting line profile survey. Combined with general measurement instruments，GPS-RTK gave a full play to its irreplaceable advantage.

∶ GPS-RTK； geo-exploration surveying； prospecting line profile； Dongshanwu

P228

A

2016-01-15

劉影（1983-），女，安徽亳州人，工程師，現(xiàn)主要從事測繪地質(zhì)工作。

1005-6157（2016）02-0146-4