论GPS RTK在地质矿产测量中的应用

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[摘要]gps全球定位系统在已在各行各业中得到广泛应用。尤其是GPS rtk测量作业效率高、精度高、数据可靠等特性在测绘行业中得以充分发挥，其作业不受通视条件影响、操作简单，能有效减少因地形复杂带来的繁重工作量特点较为突出。 随着我国经济的快速发展，矿产资源的综合开发利用已成为地质矿产经济核心。本文主要对GPS RTK技术在地质矿产测量工作中的应用做以下概述，供学习、探讨。

[关键词]GPS RTK技术 地质测量 应用

[中图分类号] P623.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-193-3

1GPS测量的技术特点

（1）测站点间无需通视。测站点间互相通视是测量学的难题，GPS这一特点使野外选点工作既灵活又方便。需指出的是测站点上方应无遮挡且较为开阔为宜。

（2）定位精度高。一般双频接收机基线解为5mm+1ppm，红外测距仪标称精度为5mm+5ppm。看似精度相近，可当随着距离的增加GPS测量的优越性愈加突出，大量实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度为12×10-6，而在100～500km范围内可迖10-6左右。

（3）全天候作业。GPS可在任何时间、地点实时进行观测，一般不受天气状况的影响。

（4）观测时间较短。进行控制网静态观测时间一般一个时段在40min左右即可。

2利用GPS布设首级控制网

2.1步骤

（1）布网方案。按照图纸设计好测区内点位，并根据图形特性进行野外选点工作。选点时点位应尽量开阔、无遮挡，各边长间距较为相近为宜。

（2）组成环线。利用搜集来的国家等级点（已知点）最好3个以上，其中一个以上供已知点检核用。把选定的各点与已知点连接起来组成环形网。

（3）GPS静态观测。按环形路线进行静态观测，测区条件差、测边距离较长时可增加时段或观测时间以提高观测精度。

（4）平差计算。讲观测到的数据导出传输于电脑，利用专业软件进行解算、平差，最后得到各测点的三维坐标值。

2.2建立某矿区E级GPS控制网

（1）工作区概况

工作区西起三门峡市湖滨区磁钟乡，东至渑池曹窑一带，隶属湖滨区磁钟乡、高庙乡、陕县王家后乡、观音堂镇和渑池县陈村乡。呈近东西向的长条状展布。

工作区属低山丘陵区，海拔标高390-900米。

工作区按照地理位置及矿带划分了三个工作区，分别为：陕县××沟-柴洼深部铝工作区、渑池县×××-××山深部铝工作区、渑池县××深部铝工作区。

（2）作业依据

①《全球定位系统（GPS）测量规范》GP-T18314-2009。②《地质矿产勘查测量规范》ZBD10001-89。③《城市测量规范》GJJ8-99。④《工程测量规范》，GB/50026-2007。⑤《1：500、1：1000、1：200地形图图式》GB/T20257.1-2007。⑥《1：500、1：1000、1：2000外业数字测图技术规程》，GB-T 14912-2005。⑦《河南省渑池县曹窑以西煤下铝普查总体设计（2011-2011年度）》。

（3）已有成图成果情况

①测区周围有大山顶、红树岭、荆山、马头山、圪垱山、焦地寨等国家控制点。经现场踏勘寻找，控制点均保存完好，可以作为本次矿区控制测量的起算数据。测区高程采用GPS拟合高程。②控制点位置利用1/5万地形图选定。③控制点工作量：E级GPS控制点79个。

（4）控制测量

测区首级控制布设E级GPS网，起算点为测区附近的国家三角点。坐标系统采用1954年北京坐标系和1956年黄海高程系。

E级GPS网点共埋设79个，其编号为GE01、GE02、GE03……GE79，为下步的物探布线、勘探线布设、工程点测量提供测量依据。

作业方法：

采用双频Leica GPS1200 GPS全球定位仪和中海达华星A8型GPS全球定位仪，仪器标称精度为±5mm+1ppm，按E级网精度要求进行静态观测。

观测作业时采用3台套Leica GPS1200接收机和4台套中海达GPS接收机，按边连接方式观测：数据采集间隔10″、观测时间≥45′、GDOP

平差计算：

基线解算采用随机软件中海达HDS2003数据处理软件进行计算。由于该工作区分为三个工作区，其中××沟-柴洼深部铝工作区又分为东西两区，控制测量时将整个工作区分为四部份分别来平差计算，在这里仅列举一个工作区部分平差计算，其解算成果如下：

基线最弱边相对中误差

最弱点平面中误差

（5）高程控制：

高程采用GPS拟合高程。

布网、选点、埋石及编号：同平面控制。其解算情况见下表。

平差参数

迭代次数：2

网的参考因子：0.0000

参考点：大山顶

H=H0+A+B*x+C*yA=17.8822，B=-0.000101553，C=3.91377E-005

拟合高程

（6）质量控制

依上表可见，计算的各项指标经检验均符合规范要求，可作为矿区测量成果依据。

3RTK技术在地质测量中的应用

3.1GPS-RTK技术简介

RTK（Real-Time-Kinematice）技术是GPS实时载波相位差分的简称。是一种将GPS与数据传输技术相结合，实时解算并进行数据处理，可在1～5秒时间内得到高精度三维坐标技术。GPS-RTK技术测量可分为静态定位测量模式和动态定位测量模式。

（1）静态定位。静态定位测量模式是指在定位测量过程中，接收机天线的位置相对于周围地面点而言，处于静止状态。静态定位测量模式一般应用在受客观因素影响较大、自然条件比较恶劣的地区实施常规测量比较困难的情况下，进行测量。在观测过程中，要求GPS-RTK接收机对GPS卫星进行同时、同步、连续观测，实时解算整周未知数和观测站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。

（2）动态定位测量模式。动态定位测量模式是指在定位测量过程中，接收机天线的位置相对于周围地面点而言，处于运动状态。动态定位测量是基于载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电数据传输链传送给运动中的流动站，流动站在采集GPS观测数据的同时，通过无线电数据传输链接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，从而得到基准站和流动站基线向量（x、y、z），再将基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点的WGS84坐标，通过坐标转换参数的转换得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高程H。

3.2利用RTK进行图根控制测量

根据矿区工程测量的需要，可用RTK实时加密矿区的控制点，来达到测量地质工程的目的。

其具体方法是：（1）设计矿区需要的图根点，确定行进路线。（2）在较为开阔、无遮挡的已知点（最好是首级点）或未知点上架设基准站，建立作业项目、日期，输入该点WGS84经纬度、高程、仪器高开始观测。（3）一台或若干台RTK作为流动站，在手簿中建立作业项目、日期，利用矿区内的首级控制点（三个以上）转换坐标参数（本矿区为北京54坐标），其转换方法有多种在此不再累述。用手薄连接流动站GPS主机，链接好后可用附近的两个以上首级点进行检核，至合乎要求方可进行下一步。（4）本矿区采用三脚架法来测定图根点的。即：将三脚架架设于选定好的点位上，整平、对中、观测，待卫星接受信号为固定解时，即可测定该点，获三维坐标值。可用此法对矿区各图根点逐个进行观测。

3.3用RTK作地质工程测量

本矿区为河南省重点地质矿产找矿项目，投资若干亿资金，其开发进度已属地质详查阶段。我地质队承担其地质储量、地质勘探、工程测量项目任务。

矿区为典型的豫西地形，这里岭坡连绵、沟壑纵横、地势起伏、切割严重，多为黄土覆盖，属石貭中、低山区，海拔标高390-900米。多数矿山分布较为隐蔽，一些地区环境条件较差，植被密疏不匀给测量工作带来一定难度。

（1）地质勘探的工程点放样及测量：

矿区地质工程勘探网为800×800、400×400间距，主要勘探手段用钻机。

测量工作主要进行布设及定测钻孔。布设钻孔方法（即钻孔放样）：①如上所述，先在所布钻孔区域附近的已知点上架设基准站，设置、连接好RTK流动站后再检核已知点。②打开RTK手薄，进入主页，选主菜单“测量”键可进入“碎部测量”页面，再进“放样”界面。③在“放样”菜单下调出已输入好的设计钻孔坐标，选择最近的钻孔行进路线，按手薄中的放样提示方向、坐标逐步地确定出该点位置。钻孔测量（定位）方法：①如上钻孔放样①。②坐车（或步行）到施工完的钻孔场地打开RTK手薄，进入主页，选主菜单“测量”键进入“碎部测量”页面，选“碎部点测量”。③将RTK对中杆放置于待测钻孔点位上，待卫星接受信号为固定解时将对中杆上气泡对中快速测定该点，即可获该点的三维坐标值。同法可测得其他待测钻孔坐标点。精度均达到规范要求，平面10mm+2ppm；高程20mm+2。

（2）RTK在工程地质测量中应注意事项

由于基准站与流动站之间是单基线、无线链接，所以其链接信号的好坏可直接影响RTK的测量精度。因此工作中注意以下几点：①基站尽可能选在地势开阔、上方无遮挡、位置较高的地方。②尽可能的远离较高建筑物及大面积的水域。③距离信号塔、大功率电台等物体不小于200米，离高压线不小于50米，减少电磁波对基站信号的干扰。④基站位置应便于架设及回收，且置于安全地带为宜。

（3）RTK测量在工作中的质量控制

静态GPS观测之间是重复基线处理，有检核条件。而RTK流动站与基站之间的链接是单基线处理的，没检核条件。故RTK测量结果会受客观因素的影响而出现错误，象数据链的传输误差等。为了避免此类误差的出现，在实际工作中常采用这二种方法来进行检测：①重测比较法：每次进行点重置（初始化）成功后，先重测几个已测过的RTK点（或首级控制点），对比检核无误后再进行下一步的RTK测量。②已知点检测法：用RTK对矿区的两个以上的首级控制点进行定测，所得结果与对应已知点坐标值比较，符合要求后可进入下一步工作。

4结束语

利用GPS RTK进行野外地质测量即灵活、高效又省时、精度高。静态GPS观测时各点间无需通视，且选点图形较为宽松，一般测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。

而RTK测量一人即能操作，可快速测定点位，精度达厘米级。特别在野外山岭重丘区地形下，有些碎部点点位较为隐蔽，RTK会出现失锁现象，使用全站仪配合RTK测量可解决此问题。尤其矿区测图时，优越性更为突出、效率更高。GPS RTK的推广应用，是测绘事业的技术革命。

参考文献

[1]吴晓红，陈仕祥.《中小企业管理与科技》.2011，（16）期.