GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用

王锦程

摘要：本文以地质勘查为背景，对比分析GPS技术和传统测量技术在控制测量、地形测量、地质勘探线测量等方面的应用特点，指出GPS技术具有测量精度高、速度快、成本低等优势，进而研究GPS-RTK技术的应用要点以及在地质勘察工程测量中的定位精度，肯定了GPS-RTK技术的可行性，可将此项技术推广至地质勘查工程中。

关键词：地质勘查；GPS技术；传统测量技术；测量精度

传统测图方法的应用方式在于布设控制网点，加密次级控制网点，根据各类控制点测定勘查对象的点位。GPS技术属于勘查工程中的新技术，兼具精度高、速度快、成本低等优势，能够快速测定各级控制点的坐标，因此在地质工程测量领域取得广泛的应用。基于此，本文综合分析GPS技术和传统测量技术，确定技术应用特点，供地质勘查人员参考，选择合适的测量技术进行地质勘查。

1GPS与传统测量技术在地质勘查中的应用对比

1.1 控制测量

传统矿区控制测量采用测角网、边角网、导线网等方法进行，在国家等级控制点的基础上进行测量，要求点位之间有良好的通视条件，否则测量难度增加，测量精度降低。根据各点之间通视的要求，点位应布设在视野开阔且地势较高的区域，整个测量过程耗时长，费用高，且测量精度可能低于预期。GPS技术具有点位无需通视、高精度、高效率等优势，逐步取代传统测量方法，但需注意测区的特殊性，例如矿区地处山区，各点之间存在较大的高差，随着高差的增加，高程拟合误差逐步加大，为提高测量精度，需要根据均匀、全面的原则布置高等级控制点，用于覆盖整个测量范围，同时选择似大地水准面进行精化，获得精度更高的测量数据。

1.2 地形测量

在煤矿项目中，大比例地形图可为地质勘探和矿山规划设计提供重要的参考资料，且地形图的精准与否将直接影响影响地质勘探和规划设计工作的开展状况。在传统的测图方式中，需要建立控制网，加密控制点，再布设图根点，安装仪器用于碎部测量，最终根据测量信息绘制大比例尺地形图。传统测图方式需要经纬仪、绘图板、大平板仪等工具，对于野外数字化采集，则采用棱镜、全站仪等设备，而测量均要依赖高密控制点进行，例如每平方公里内1:5000、1:2000、1:1000的比例尺测图分别不少于5点、14点、45点，每组需安排2～3人，存在测量效率低、精度低、员工劳动强度高等弊端。若采用GPS-RTK技术，在建好首级控制网后即可进行碎部测量，可省去加密控制环节，可在接收卫星信号良好的未知点或已知点设置基准站，流动站经已知点校准后，若能够满足平面坐标和高程限差的控制要求，则具备数据采集的条件。GPS-RTK技术具有高效性优势，一个基站可支持多个流动站进行作业，且一名工作人员即可负责一个流动站，仅需几秒即可获得各点的平面坐标和高程。在GPS-RTK测量数据的基础上，结合输入的点特征编码及属性信息，生成数据库，用CASS软件绘制以及对细节部位进行修整后，即可绘制信息全面、精度较高的地形图。并且，RTK-GPS技术的实用性突出，例如一个基准站的辐射半径达到3km～5km，对控制点之间的通视要求较低，也无需加密图根控制点，在全野外数字化地形测量中具有其它测量技术难以比拟的优势，也正是由于GPS-RTK技术的综合应用效果较好，在地形测量工作中取得广泛应用。

1.3 地质勘探线测量

常规的地质勘探线、特征点测量涵盖的项目较多，例如勘探线剖面测量、探槽测量、矿区勘界测量、露头等特征点测量，测量方法采用的是光电测距极坐标法，在附近的控制点设置仪器进行测量，外业作业还存在通视条件差、转站多等问题，导致地质勘探线测量效率偏低，测量精度无法得到保证。

动态GPS测量技术可有效规避传统测量方式的弊端，无需过多地考虑通视问题，在信号覆盖区域无需转站，提升测量精度以及加快测量速度。同时，在地质勘查工程中采用GPS测量技术后，将提高定位精度，满足全天候实时测量的要求，地质勘探线测量全过程中，测量站间无需保持通视，降低测量难度，节省测量成本。因此，在地质勘探线测量中，GPS技术正逐步取代传统的测量技术。

1.4 GPS实时动态控制系统

地质勘查受工作环境的影响，可能存在测量周期长、测量精度低、工作强度大等问题，随着地质勘查要求的逐步提高，需要加快技术的更新迭代，引入新技术和新设备，其中GPS技术则是现代地质勘查工作中颇具代表性的技术形式。GPS的定位技术无严格的控制测量等级的区分，可适应各类特殊的测量环境，无需造标，在通视条件和测量误差控制等方面均有突出的优势。静态的GPS测量技术可行性良好，将其用于地质勘查测量设计中，能够获得具有参考价值的资料，推动地质勘察测量设计工作的高效开展。

GPS技术和RTK技术的结合是地质勘查工程测量中的主流技术方案，由于RTK技术的加持，满足了实时动态定位的要求，提供三维坐标数据，提高测量精度，从而更加有效地判断解算结果是否满足要求，最终获得可靠的地质勘查测量资料。

2.GPS-RTK技术的应用及定位精度

以GPS-RTK技术在某区域内测量工作中的应用为例，根据测量结果验证GPS-RTK技术的定位精度，具体做如下分析：

2.1准备工作

（1）测量地点

测量范围为比高在0～300m之间且具有代表性的梯田、丘陵地区，梯田密集分布，地貌条件复杂，测量难度比平原高、比山区低。

（2）测量仪器

TrimbleR8双频CPS接收机，精度要求包含水平精度和垂直精度，考虑到静态及快速动态模式、动态模式，具体如表1所示。

表1 TrimbleR8双频CPS接收机关键参数

	静态及快速动态模式	动态模式
水平精度	3mm±0.1ppm	10mm±1ppm
垂直精度	3.5mm±0.4ppm	20mm±1ppm

（3）检核点情况

已知16个E级控制点，四等水准高程。

2.2数据采集

地势较高时，方便架设基准站，接收卫星信号。在固定解情况下，流动站观测严格对中，观测时间不少于20s。根据测量结果分析GPS-RTK技术的高程定位精度，各点高程的水准值与RTK值的最小、最大偏差分别为3mm、45mm。将RTK实测高程作为观测值，水准连测高程值作为点正常高的真值，真值与观测的差值则为互差△，根据中误差的定义：

式中，p为权，取值为1；N为总点数，取值为16。经过计算后，得m中=±28.4mm。

五等水准每千米高差全中误差为15mm，按照如下方法计算，估算最弱点相对于高级点的高程中误差：

式中，L为路线长度,以千米为单位。《工程测量规范(GB50026-2020)》规定四等水准附合路线长度≤16km，五等水准路线长度没有具体要求，取四、五等水准临界值16km，路线最弱点相对于高级点的高程中误差：

五等水准测量路线最弱点允许高程中误差为±30.0mm，根据16个点进行计算，得m中=±28.4mm，在误差许可范围内，满足五等水准的测量精度要求。

对于平面定位精度的分析，首先确定的是RTK值与静态值的距离，再按照如下方法计算，得到中误差：

式中，p为权，各点都是实测且精度相同，故取p值为1，N为总点数，取16，求得mp=±35mm。

GPS-RTK图根控制测量点位较差不应大于图上的0.1mm，求得的m中=±35mm,较差为70mm，因此RTK的测量精度可以满足比例尺为1:1000的图根控制测量要求。

3结 语

根据本文的分析可知，GPS技术在地质勘查工程测量中具有高效率、高精度、低成本等优势，综合应用效果优于传统测量技术，可推广至地质勘查工程测量中。但测量人员在应用GPS技术时仍需注意技术的局限性，例如在森林高大密集、植被覆盖率高的地区可能无法取得良好的应用效果，因此需结合实际情况分析GPS技术的可行性，合理选择技术或组合多项技术，通过科学的技术进行地质勘查工程测量，达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]熊芳芳,潘少群.GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2018,(11):34+75.

[2]王伟彪.GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用分析[J].工程建设与设计,2018,(06):267-268.

[3]朱金玉.GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用[J].中国科技信息,2015,(01):125-126.