GNSS技术在地质测绘中的应用实践

刘进华 LIU Jin-hua；宋鹏飞 SONG Peng-fei

（河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，郑州 450000）

0 引言

在以往传统的测绘中极易受到自然环境因素的影响，且大多由人工来进行作业、工作量大且难度系数较高，在实际测绘过程中需要耗费大量的人力和时间，且测绘结果的准确性也不高。随着现代科技的不断发展与创新，GNSS技术在多个领域取得了良好的应用效果，使工程测绘精度得到有效提升，进一步推动了工程建设质量水平的提高。论文先简单介绍了GNSS测绘技术，并对GNSS测绘技术在工程测绘中的应用优势从三个方面展开了剖析，最后深入探讨了GNSS测绘技术在工程测绘中的具体应用，以期不断提升工程测绘的精准度和效率，促进工程建设质量的提升，同时希望为广大同行提供一定的参考。

1 地质测绘工作内容

地质测绘工作主要是分析一个地区的地形地貌状况。随着当前信息技术水平的不断提升，传统的地质测绘技术已经无法满足当前地质测绘工作的要求，所以各类新型技术被广泛应用于地质测绘工作中，特别是数字化测绘技术。通过对地质测绘技术的有效应用，使工作人员更好地掌握区域环境土壤情况，为后续的资源开发提供帮助。在测绘过程中环境较为复杂，所以就需要正确合理地应用地质测绘技术，以此来减轻工作人员的工作压力。采集作为地质测绘中的主要环节，需要认真控制数据传输的准确性，确保测绘数据的精准性。通过地质测绘才能够为地质工作提供具体的地形图、剖面图等等，还能够明确钻孔的具体位置，这是矿产勘查和地质调整等测绘工作的总称，也是地质勘探和普查中最为基础的工作内容。以往工作人员都是利用经纬仪、水准仪等设备，但是随着技术水平的提升，当前人们可以利用GNSS技术来进行有效测量，不仅能够降低测绘难度，而且还能够确保数据和图形的准确性。地质测绘对于我国资源利用和矿产开发都有着非常大的作用，所以在具体工作中就需要积极采取相应措施，工作人员也应该加强重视，这样才能够保证工作的顺利开展。

2 GNSS在矿山测量中的应用

针对于GNSS在矿山测量中的应用，笔者整理了六点，分别是：应用于确定技术参数、应用于矿山控制测量、应用于地形测量与实际施工、应用于数据采集、应用于数字化测图、应用于其他测量工作，本章将一一进行说明。

2.1 应用于确定技术参数

GNSS技术在矿山测绘中的应用，主要是确定参数，对系统设计的精度和基准进行全面掌握和熟悉，为相关人员开展初步观测和设计网性工作提供保障。在对精度进行设计期间，相关工作人员要高度重视控制网的选择工作，一般情况下，要立足于地区等级下的GNSS网。

2.2 应用于矿山控制测量

控制测量是矿山测量期间十分关键的环节，发挥着不可替代和不可或缺的关键作用。以往测量矿山控制技术主要是预先对各个控制点进行布设，而后通过各个控制点，设立相关的控制网，从而对测量结果出现误差状况进行有效降低和避免，更好的有利于开展后续工作，进而对测量效率进行提高。但是在布置控制点的过程中，传统测量技术容易受到一系列因素的影响，包括：天气、施工条件等，在实际测量工作期间，会增加其中的工作任务量，对测量精度进行降低，以此无法确保精准的测量结果。一般情况下，会使用静态差分定位技术开展矿山控制测量工作，通过使用GNSS接收机，能够精准的定位测量范围内的各个控制点，与此同时，还要适当的优化和调整其中的测量精度。应用GNSS技术，能够对测量结果的精度进行有效提高，同时，在实际测量期间，不需要充分考虑其他因素，例如：施工环境、自然条件等，开展测量工作有较高的灵活性和便捷性，能够更好的保障测量工作质量和效率。

2.3 应用于地形测量与实际施工

如若测量工作涉及到较大的矿区面积和复杂的地形，在实际进行建设期间，就要全面掌握和熟悉矿区实际的地形地貌情况，全面系统的分析和研究矿区内部地形。在此期间，通过航空摄影技术来使用传统测量方法，拍摄所需要的矿区照片，而后再对所拍摄到的矿区照片进行解读，最后补测使用到的相关测量仪器，应用这种方式，一定程度上会被环境因素所制约，完成测量任务难度大，测量工作的开展需要反复进行，无法有效提高测量效率。在实际展开施工和矿山地下测量工作期间，主要是采用实时差分技术手段来应用GNSS技术，建立综合系统的测量平台体系，从而便于开展测量工作。通过配合应用控制点和静态基站，设立对整个矿区范围进行覆盖的空间坐标体系，采用应用其他设备的方法，处理相关的测量数据，从而更好的开展测量工作，提高测量工作的精准性和有效性。

2.4 应用于数据采集

使用GNSS技术，在实际进行测量工作期间，主要是使用系统中传感器设备，通过非电量信号和多样化的电量信号，在信息存储器当中第一时间存储收集到的相关信息，而后便于开展后续的计算以及分析数据信息等工作。在测量矿山期间，开展采集数据工作的过程中，能够在系统中对设备区域进行有效监控，与此同时，设置和安排采集数据器，通过应用A/D转换器，对所采集到的电流信号进行有效处理，而后将采集的电流信号朝着相应的数字信号方向所转换。在成功转换后，就要在系统中的芯片发送这些数据信息，而后再成功发送给上位机。

2.5 应用于数字化测图

通过数字化图件的形式来展示GNSS最终的测绘成果，采用野外数据采集的方式，在实际应用GNSS技术开展工作的过程中，需要使用到测量装备以及相关仪器。在数字化测图工作中开展绘制各种比例尺的地形图时，可以通过对GNSS技术的使用，完成数字化测图工作，测量大比例尺的地形图，依据相关人员的实际需要，缩放比例尺的图件，从而对人员的不同需求进行充分满足。在成图的过程中，为了降低和避免产生误差，就要严格检测各个控制点，工作人员展开成图工作期间，还要依据相关国家标准规范严格进行，精准反应测量范围内的地形地貌，可以通过GIS技术的使用，建立三维数字模型，对测量区域内的地形地貌特征进行直观反应。

2.6 应用于其他测量工作

在进行测量野外调查工作期间，能够通过使用GNSS技术，精准的定位测量区域，在作业范围内，测量变化岩层形态的具体状况。相比较于传统的拉尺测量手段，GNSS技术优势十分明显，包括：便于开展测量工作、存在较高的测量工作效率等。在监测矿山生态环境区域期间，不可避免的会被其他因素所限制和影响，例如：地貌、地形等。如若沉陷是测量范围内所显示的特点，想要对井下工作安全进行有效提高，加强建设地面工作的稳定性和可靠性，就要在测量范围内通过测量技术方法，动态化的展开监测工作。通过使用全站仪设备，传统测量方法能够驻点测定测量范围，但是在测量沉陷范围时，传统测量方法十分容易受到地貌、地势、地形等条件的影响，测量难度较大。通过对GNSS技术的使用，能够对控制点布设难度进行有效降低，从而对测量工作效率和质量进行有效提高。

3 GNSSRTK技术在煤炭地质勘查测量中的应用分析

3.1 工程概况

自GNSS RTK技术应用于测量工作以来，其在煤炭勘探中的应用越来越受到勘探测量技术专家的关注，已成为构建山区规划控制网络的主要技术测量工具。GNSS RTK测量设备不仅具有精度高、速度快、全天候运行等特点，能够满足煤炭地质勘探的技术要求，还能有效节省测量负荷，提高采煤阶段测量工作的效率。对矿区进行初步检查和普查。本次勘测工作的地点在特定城市的煤矿区，勘测工作的任务是对勘查权范围内的1/10000地形图进行测绘和部分工程地质工作，矿区海拔在1570～1770m范围内，勘测面积大，地势较简单但崎岖不平，国家级三角控制点小且分布不均，因此，勘探和测量沉积物在很大程度上受限于天文观测点的密度和条件困难的天文重力观测点工作，是工程-测量工作的典型例子，适用于使用GNSS RTK测量技术的测量。

3.2 CNSS RTK图根控制测量

与传统测量技术相比，GNSSRTK测量技术在矿区勘察测量中的应用不受天气、地形、连通性等条件的限制，而且操作简单，机动性强，工作效率高，大大节省劳动力，设备不满足测量精度要求，误差分布均匀，不存在误差累积问题。使用GNSSRTK测量技术对矿区进行勘察，不仅可以实时了解定位精度，还可以了解观测质量，显着提高工作效率。根控制测量工作流程如图1所示。

图1 GNSS RTK图根控制测量作业流程图

①收集区域控制的结果。测量区管理结果的采集主要包括确定控制点坐标、等级、中央子午线、坐标系和控制点归属。

②计算测量面积的转换参数。对于GNSS RTK测量技术，其要求是在实际坐标系（1980西安坐标系、1954北京坐标系或局部独立坐标系等）中得到待测点的实时坐标，所以坐标转换问题显得尤为重要。真正需要做的是将GNSSRTK观测到的WGS-84坐标转换为国家平面坐标或工程坐标。一般可以应用高斯投影法，即应用已有的静态数据，直接将控制点的WGS-84坐标和国家平面坐标或土木工程坐标输入书中，使用随机软件求解坐标变换参数。如果待测区域内有足够多的控制点局部坐标，没有WGS-84坐标，且它们的相对位置关系准确，则可以使用GNSSRTK测量方法作为起始位置确定相对位置关系控制点之间，并实时测量WGS-大地坐标。当有些地方没有合适的控制点设置基站时，可以使用基站随机放置的方法，虚拟基站，基站的WGS-84坐标直接从测量书上读取，然后移动站再次前往单独的控制点收集WGS-84。测区控制成果收集。

③选择基站和移动台设置。GNSSRTK定位数据处理过程是基站和移动台之间的单基站处理，基站和移动台的观测数据质量好坏，无线电信号传播质量对定位结果影响很大，有利地选择基站的位置非常重要。在GNSSRTK测量中，随着与基站距离的增加，初始化时间增加，精度会降低，所以移动台与基站的距离不能太大，只要不超出范围即可10公里。同时，应考虑在基站上方大面积覆盖，不存在影响RTK数据链通信的卫星信号和无线电干扰，以及增加基站无线安装的高度。基站设置包括对象创建和坐标系统管理、基站射频选择：选择GNSS RTK的工作方式。

④测量前的质量检查。为保证GNSS RTK的测量精度和可靠性，需要对已知点进行验证和验证，避免操作中出现盲点。研究表明，RTK决定了整个模糊周95%的最大可靠性，RTK比静态GNSS具有更多的误差因素，例如数据循环误差等。

⑤内部数据处理。数据传输是接收器和计算机之间的数据交换。与GNSS RTK静态测量相比，GNSS RTK测量数据处理要容易得多，例如使用TGO软件（*，DC）进行测量数据处理，可以直接将坐标值作为文件输出和打印，并获得控制点结果。链接错误等等。

3.3 内业处理及成果比较

将测量数据（坐标文件）转换为软件，将测量图根控制的技术要求输入软件，软件调整，计算各个测量点的坐标和高度；为了了解RTK在控制测量中的用处，以及准确度，我们在RTK观测点对图根导线进行了一次观察，两种结果的比较结果如表1所示。

表1 内业处理及成果比较

从表1可以得到点位中误差ms=±1.97cm，高程中误差mh=±1.50cm，由此可见：用RTK完成能够信任图根控制测量，其精度能达到规范要求。

3.4 RTK与全站仪测量结果对比表

RTK与全站仪测量结果对比表如表2所示。

表2 RTK与全站仪测量结果对比表

①在平坦开阔区域，RTK的测量精度与全站仪相差不大，可以忽略不计，但在效率方面，在平坦开阔区域，RTK信号接收良好，数据采集效果为比较完善，效率远高于全站仪。②林区和建筑物，在林区时，往往收不到RTK信号，导致数据不可用，反之，全站仪可以更准确地测量。

3.5 结论

①与传统测量相比较，GNSS RTK测量技术自动化程度高，实时提供经过检验的成果资料，无需数据后处理。②GNSS RTK测量技术具有在通视条件不好的情况下远距离传递三维坐标的优势，无误差累积，定位精度高，数据安全可靠。③GNSS RTK测量技术操作简单，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率，其非常适合煤田地质勘查测量。

4 结语

综上所述，在地质测绘工作中要合理应用GNSS技术，可以提高地质测绘工作质量，确保测绘的精准度，实现全方面测绘，在应用过程中也需要提高工作人员的技术水平，这样才能够确保GNSS技术能够充分发挥作用。