GPS-RTK与常规仪器配合在地质勘探测量中的应用

刘影，王少峰，钱晓辉

（安徽省地质矿产勘查局332地质队， 安徽黄山 245000）

GPS-RTK与常规仪器配合在地质勘探测量中的应用

刘影，王少峰，钱晓辉

（安徽省地质矿产勘查局332地质队， 安徽黄山 245000）

通过东山坞矿区的测量作业，简要介绍RTK在测量中的强大功能，重点介绍了GPS-RTK在地质勘探测量中的控制测量、工程点测设以及勘探线剖面测量等应用情况。结合常规测量仪器及技术方法，既弥补了RTK在矿山测量的不足，又体现了GPS-RTK的作业优势，同时反映出常规测量仪器不可替代的作用，两者相辅相成，相得益彰。

GPS-RTK； 地质勘探测量；勘探线剖面；东山坞

0 引言

通过东山坞矿区的测量作业，简要介绍RTK在测量中的强大功能和技术优势，重点介绍了GPS-RTK在地质勘探测量中的控制测量、工程点测设以及勘探线剖面测量等应用情况。结合常规测量仪器及技术方法，既弥补了RTK在矿山测量的不足，又体现了GPS-RTK的作业优势，同时反映出常规测量仪器不可替代的作用，两者相辅相成，相得益彰。

1 GPS-RTK在地质勘探测量中的应用

1.1 控制测量

1.1.1 GPS静态控制测量

目前市场上所有的RTK主机在测量中都可以通过其控制面板设置为静态测量工作模式，进行控制测量。其精度可达毫米级。其工作原理是通过至少两台接收机同时接收卫星信号（观测时间随精度要求可长可短，一般为40分钟左右），通过对卫星信号的处理可以精确计算出点在WGS-84坐标中的三维坐标差，通过相应的平差处理软件进行处理，可以根据某个点的已知坐标，推算出另一点的坐标。由于静态相对测量精度高，布点时不受通视等作业环境的影响，而被广泛的应用于大地测量、工程测量的首级控制网的布设。当然也可以直接用动态作业模式进行图根点加密。

图1 宁国市东山坞矿区控制点展点图Fig.1 Control points plot map of the Dongshanwu mineral district in Ningguo City

针对东山坞矿区范围面积及形状和测区实际地形、通视条件、交通状况，我们选用E级GPS网作为测区首级控制，均匀布设6个点。布设GPS网时，联测了安徽省矿业权实地核查控制网中2个D级GPS控制点，作为起算数据，且均匀分布于网内（图1）。

GPS网观测采用5台中海达HD8200E接收机（静态测量精度：水平为±5mm+1ppm，垂直为±10mm+1ppm）进行施测，观测前对仪器进行了鉴定。GPS网基线处理和网平差采用HDS2003 数据处理软件包，根据平差计算成果，该网最弱点点位中误差为±2.6cm，最弱边相对中误差为1∶450785。完全满足相关《全球定位系统测量规范》的精度要求，且点位精度比较均匀。由于矿区内高程的变化相对复杂，应根据测区似大地水准面变化情况，合理布设已知点，并选定足够的已知点，采用几何水准来联测GPS点，这样可以高程拟合计算的精度。

1.1.2 RTK图根控制测量

在应用RTK进行测量定位时，需要把WGS84坐标系转换为实际应用的地方坐标系（本文采用1980西安坐标系）。因此，在参数计算上我们采用布尔沙七参数（表示为△X、△Y、△Z、△α、△β、△γ、△K三个平移参数、三个旋转参数和一个尺度因子）进行转换。测区共设置了6个E级GPS点和2个D级GPS点（图1）作为起算数据，我们首先对这8个GPS点做静态观测测量求得七个参数，七参数的求解尽管复杂，但它不受作业范围的限制，有利于基准站的选择，使用过程中测量精度相对稳定，精度也相对较高。

RTK图根控制测量作业流程图如图2。

1.2 RTK图根控制测量精度可靠性试验

图2 RTK图根控制测量作业流程图Fig.2 RTK map control surveying work flow

表1 RTK控制点平面位置检测精度统计表Table 1 Statistics of detection precision of plane position of RTK control point

表2 RTK控制点高差检测精度统计表Table 2 Statistics of detection precision of level difference of adjacent points of RTK control point

在东山坞测区内通过使用拓普康 Hiper+型RTK进行了图根控制点采集，进行这方面的验证和测试。在参数设定完成后，为了验证RTK的实测精度，首先利用拓普康GTS-102R仪器布设了一条5个点的图根导线，并对这5个点进行水准联测，两者进行对比（见表1，表2）。RTK图根控制观测时，基准站设于已知点上，流动站采用三脚架对中，观测时段在当天的基本允许时段，观测时间不少于1min，每点对观测到的3次有效的数据进行平均，作为该点的坐标值。

从以上表1中可以看到最大平面校差4.5 cm，最小平面校差2.7 cm，平面中误差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，高程中误差3.1 cm。平面精度和高程精度都在《地质矿产勘查测量规范》允许范围之内。

1.3 地质勘探工程测量

地质勘探工程测量主要有：钻孔的布设与实测、槽探端点测量、巷道洞口位置的测量、勘探线剖面测量以及主要地质点的测量，这些测量工作都可以通过RTK一次性测得，存储在仪器手簿上，并以文件形式输出或打印，最终得到测量成果，其精度通过上述可靠性试验也得以证实。但是出于山区找矿地形的特殊性，RTK在大部分区域并不能获得固定解，因此也就限制了其在地质找矿测量中的应用。

而传统的测量方法必须在矿区范围内或矿区周围寻找国家各等级三角点、导线点和GPS点，再利用经纬仪或全站仪进行导线测量或三角测量，测设图根控制点，继而进行工程测量。这样不仅费事费力，而且会产生误差积累，给测量成果带来一定的影响。而且地质找矿也不是一蹴而就的事情，随着找矿工作的逐步开展，许多工程都需要增加或延伸，这给传统的测量带来了极大的难题。结合两者的特点，我们设计出利用其各自优势的方案，在生产中加以实践。

首先，我们利用GPS-RTK无需点间通视、定位精度高的特点，进行了首级控制测量和图根控制点加密；第二，就近使用各级控制点作为起算数据，在地质工程点（如勘探线剖面端点、钻孔孔口）附近开阔且地势较高区域，布设测量控制点（3个以上）；第三，在已知某一测量控制点上架设全站仪，校准方向后进行勘探线剖面测量及钻孔位置测量。随着工程的进展，勘探线长度可能会不断延长，我们就可以重复第二步和第三步，并且可以检查之前的测量成果，提高测量精度。

图3 RTK测量与传统测量精度对照图Fig.3 Comparison of precision between RTK and traditional surveying

本文以两条勘探线剖面测量为例，就RTK测量与传统测量进行比较，如图3。

图3中的3线，工程设计之初是以ZK301孔为基点，方位角为0。，向南、向北分别测绘200米。随着工程的进展以及对找矿前景的乐观，在施工后的两年时间里，分别向ZK301孔的南北方向都布设了钻孔，而勘探线测量也由此延长至一千多米。利用传统的方法测量，每次延长都需要进行控制点的传递，并且随着误差的累积，造成勘探线剖面方位角偏移了3。，两端点偏移的距离也分别为7.4m和22.1m。造成误差偏大，超出规范要求，从而进行返工。而图中的4线则是以RTK技术配合常规仪器测量，在勘探线长度相近的情况下，方位角几乎没有偏移，完全符合规范要求。

2 应用体会

通过东山坞项目的实施，对RTK技术的优缺点有了进一步的认识，也对传统测量技术无可替代的作用加深了理解。现就两种作业方式的特点简述如下：

（1）降低了作业条件要求。RTK技术虽无需两点间通视，且受能见度、气候等因素的影响和限制较小。但其受山区地形限制特别大，峡谷深处及密集林木区很难获得固定解，也就限制了它的使用。而此时辅以使用常规测量仪器，则可以弥补RTK的不足，提高了作业效率。

（2）延长了作业时间。虽然RTK具有全天候作业的优势，但当卫星系统位置正值美国是最佳的时候，世界上其他一些区域在某一时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。而且在中午时段，受电离层干扰影响，共用卫星数少，初始化时间长甚至不能初始化，无法进行测量。在宁国东山坞矿区，我们经试验得出，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，白天11至15点之间，卫星信号差，很难进行RTK测量。因此我们可以合理安排作业时间，在无卫星信号及山谷密林区域，配合采用常规仪器测量，延长作业时间，提高劳动效率。

（3）数据链传输受限，山区作业半径小。RTK数据链传输易受到障碍物干扰，在传输过程中衰减严重，影响作业半径和外业精度。由于地质找矿测量多位于山区，因此数据传输难于保证。此时可利用RTK在开阔区域实时引入控制点，再借助全站仪等常规仪器加以解决。

（4）精度和稳定性。RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况等因素影响的缘故。因此在测量时要布设一些“多余”控制点，每次初始化成功后，先重测1～2个已测过的RTK点，确认无误后才进行RTK测量，并不定时用常规仪器进行检核，确保成果质量。

3 结语

通过对东山坞项目的实际应用分析可以得出这样结语，GPS-RTK技术进行工程测量中的首级控制网与加密控制网的测量能够达到地质找矿工程的精度要求，而地质工程点的测量则可以使用常规测量仪器，两者配合使用，更好地发挥了各自的优势，解决在测量中所遇到的难题，弥补了各自的不足，从而达到更好的测量效果。

［1］GB/T 18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［2］GB/T 18341-2001.地质矿产勘查测量规范［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［3］ 徐绍铨.GPS测量原理及应用［M］.武汉：武汉大学出版社，2008.

［4］ 张正禄.工程测量学［M］.武汉大学出版社，2002.

［5］ 汪应庚，许红兵，傅建真，等.安徽省宁国市竹溪岭钨银（钼）矿普查地质报告［R］.2013.

［6］ 毛开森.GPS RTK技术在双龙煤矿地质勘查测量中的应用［J］.矿山测量，2009，（4）.

［7］ 王少峰，上官晶亮.GPS RTK技术在竹溪岭矿区地质勘查测量中的应用［J］.安徽地质，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

刘影（1983-），女，安徽亳州人，工程师，现主要从事测绘地质工作。

1005-6157（2016）02-0146-4