GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用探討

許明保，劉永剛

（山東省煤田地質(zhì)局第四勘探隊(duì)，山東 濰坊 261206）

水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作直接影響著我國人民的日常生活及生產(chǎn)活動，做好水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作，不僅能夠促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，也可以對國內(nèi)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效保護(hù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。目前水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但是在應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)手段方面存在一定不足，需要加強(qiáng)對GPS、RTK等先進(jìn)技術(shù)的研究，促進(jìn)GPS和RKT技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作中的有效應(yīng)用[1]。通過深入分析GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用，有利于提出一些可靠的參考依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查的不斷改進(jìn)。由此可見，本文圍繞“GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用”進(jìn)行分析探討價(jià)值意義顯著。

1 GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用原理及優(yōu)勢分析

1.1 GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用原理

1.1.1 GPS技術(shù)的應(yīng)用原理

隨著技術(shù)研究不斷深入，GPS技術(shù)已經(jīng)成為一種比較成熟的科學(xué)技術(shù)，可以將其應(yīng)用到多個(gè)行業(yè)，從不同的方位進(jìn)行定位和勘測，且該技術(shù)體現(xiàn)出較高的可靠性及精確性，能夠保證勘測工作的高效進(jìn)行。就當(dāng)前情況來看，GPS已經(jīng)被應(yīng)用到地質(zhì)勘測、民用航空、交通運(yùn)輸、軍事國防等各個(gè)領(lǐng)域，且取得了較好的應(yīng)用效果，能夠?yàn)槿罕姷纳詈凸ぷ鲙碇T多便利，比如百度導(dǎo)航、高德導(dǎo)航等等，可以幫助群眾快速獲取自身的位置，幫助群眾規(guī)劃自身的出行路線，這些都能夠體現(xiàn)出GPS技術(shù)在改善我國人民生活質(zhì)量方面的積極作用。通過深入分析GPS技術(shù)的應(yīng)用過程，其應(yīng)用原理就是利用衛(wèi)星進(jìn)行信息的傳輸，可以及時(shí)將相關(guān)的信息數(shù)據(jù)傳遞給用戶，之后利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的三維位置等重要數(shù)據(jù)[2]。

1.1.2 RTK技術(shù)的應(yīng)用原理

除了GPS技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的作用，也要認(rèn)識到RTK具有的重要價(jià)值，可以對工作的效率進(jìn)行提升，減少勘測人員的工作量。在應(yīng)用RTK技術(shù)的時(shí)候，其主要原理就是將載波相位觀測數(shù)據(jù)作為依據(jù)，幫助工作人員順利進(jìn)行地質(zhì)勘測，借助GPS和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量。具體來講，GPS與RTK技術(shù)是相互促進(jìn)的，需要把握好兩者的關(guān)系，使其能夠更好地服務(wù)于勘測工作。在應(yīng)用RTK技術(shù)的時(shí)候，要求工作人員從軟件系統(tǒng)的操作、信息數(shù)據(jù)的傳輸、GPS接收等多個(gè)部分開展工作。對于軟件系統(tǒng)的操作，必須選擇呢觀測基準(zhǔn)站的位置進(jìn)行接收機(jī)的設(shè)置，以便能夠與衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)有效的觀測，利用無線通信技術(shù)對采集獲得的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而接收信息數(shù)據(jù)的一方則要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理和分析，做出正確的判斷，確?？睖y工作的質(zhì)量，降低勘測工作的時(shí)間成本。

1.2 GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.2.1 提高工作精確度

在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)，可以將其與計(jì)算機(jī)技術(shù)有效銜接，使得工作的精確度得以提升。而在傳統(tǒng)的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作時(shí)，普遍都是以人工的方法對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)常出現(xiàn)計(jì)算出錯(cuò)、核對失誤等問題，若是能夠?qū)PS和RTK技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮出來，則可以有效解決這一問題[3]。在應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)的情況下，無論是平面精度，或是高程精度，都能夠達(dá)到厘米級的計(jì)算狀態(tài)，可以消除5km范圍內(nèi)勘測計(jì)算的失誤，獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

1.2.2 提高作業(yè)效率

將GPS和RTK技術(shù)應(yīng)用到水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作中，可以帶來傳統(tǒng)工作模式不具備的效果，使得工作的整體效率得以提升，減少資源的浪費(fèi)。我國地質(zhì)的形式和條件比較復(fù)雜，在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)，僅僅1次或2次就能夠完成10km以內(nèi)的勘測工作，還可以保證勘測的質(zhì)量。通過分析數(shù)據(jù)可知，在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)，可以將控制點(diǎn)的數(shù)量保持在最低程度，能夠減少成本投入，減少設(shè)備儀器搬運(yùn)的次數(shù)，使得工作人員的工作強(qiáng)度得以降低，整個(gè)工作過程的操作也更加方便。在傳統(tǒng)的地質(zhì)勘測工作時(shí)，普遍需要大量的人員配合，但是GPS和RTK技術(shù)能夠解決這一問題，可以由單人完成某個(gè)放樣點(diǎn)的測量工作，還可以加快工作的速度，使水工環(huán)地質(zhì)勘測工作的整體效率得以提升。

1.2.3 提高自動化程度

在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)，可以進(jìn)一步提高勘測工作的自動化程度，體現(xiàn)出較強(qiáng)的集成效果[4]。在傳統(tǒng)的勘測工作中，普遍存在技術(shù)方面的限制，部分測量技術(shù)不符合測繪外業(yè)工作的需要，而GPS和RTK技術(shù)能夠突破這些限制，擺脫技術(shù)范圍和行業(yè)的局限性，能夠在任意范圍的測繪外業(yè)工作中得到有效應(yīng)用，整個(gè)技術(shù)應(yīng)用中體現(xiàn)出較強(qiáng)的一體化操作特點(diǎn)，能夠根據(jù)中心站的基礎(chǔ)設(shè)備，對自身的運(yùn)作流程進(jìn)行優(yōu)化，方便對水工環(huán)地質(zhì)情況進(jìn)行全面有效的測繪。在應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)的情況下，可以減少一些人工步驟，防止因人為的因素造成數(shù)據(jù)誤差，從而提高水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作的精確性。

2 GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的具體應(yīng)用分析

2.1 GPS和RTK應(yīng)用于環(huán)境污染的檢測

在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作時(shí)，可以將GPS和RTK技術(shù)應(yīng)用與使用的集裝箱相結(jié)合，以便能夠獲得可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，若是需要檢測的區(qū)域存在可能被污染的趨勢，或是并未出現(xiàn)污染的情況，可以利用GPS和RTK等技術(shù)對潛水面的污染物進(jìn)行探測，了解潛水面存在的懸浮顆粒物。在污染物處于飽和的狀態(tài)下，那么潛水面的探測工作也就無法進(jìn)行，但是可以獲得準(zhǔn)確的水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)。例如：在環(huán)境污染檢測工作中應(yīng)用GPS和RTK技術(shù)，該地區(qū)的地層由石灰?guī)r構(gòu)成，附近纖維廠生產(chǎn)中存在大量的化學(xué)污水，這些化學(xué)污水的管理存在問題，造成了化學(xué)原料的泄漏，使得附近的地質(zhì)環(huán)境受到污染，其污染物以硝化纖維為主。為保證工作人員能夠充分了解調(diào)查區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)環(huán)境，對地表水、潛水面等區(qū)域的硝化纖維含量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，可以選擇雷達(dá)在井下進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆出6個(gè)深度為50m的孔和15個(gè)深度為30m的孔，之后對相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，利用“HK疊加法”完成三維數(shù)據(jù)圖的繪制。同時(shí)，需要采用圖像進(jìn)行核心的重建，保持10m以內(nèi)的探測深度，在開挖中應(yīng)充分利用后續(xù)污染點(diǎn)的硝化纖維，徹底消除地質(zhì)環(huán)境造成的污染問題。通過實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用可知，GPS和RTK在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中體現(xiàn)出較高的探測效果，應(yīng)加強(qiáng)對該技術(shù)的研究和應(yīng)用[5]。

2.2 GPS和RTK應(yīng)用于區(qū)域水文雷達(dá)數(shù)據(jù)觀測中

在區(qū)域水文雷達(dá)數(shù)據(jù)觀測工作的時(shí)候，可以充分利用GPS和RTK技術(shù)，無論是地質(zhì)主體結(jié)構(gòu)，或是其結(jié)構(gòu)的特征，都將影響到雷達(dá)的響應(yīng)，體現(xiàn)出一定的特征作用。這些特征效應(yīng)即常說的雷達(dá)相位圖元素。在GPS技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的背景下，專業(yè)的地質(zhì)研究所應(yīng)用GPS技術(shù)對多個(gè)測試地點(diǎn)進(jìn)行了測量和研究，對GPS的特性及水文地質(zhì)目標(biāo)不同的成像可能性進(jìn)行評估，其研究結(jié)果將沉積環(huán)境不同的情況下雷達(dá)相圖要素的特征揭示出來，可以為水文地質(zhì)序列位置的確定提供充分有效的支持。

2.3 GPS和RTK應(yīng)用于凍土安全檢查中

目前GPS和RTK技術(shù)在凍土安全檢查中體現(xiàn)出較高的價(jià)值，比如在南極考察活動中，科研人員在進(jìn)行勘探工作的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)地下冰層的0.3m到0.5m的地方存在融化坑，使得勘探工作受到一定的影響。為解決這一問題，科研人員采用GPS和RTK技術(shù)進(jìn)行了站點(diǎn)的調(diào)查，通過對探測的繞射波結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對其他信息進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在地下3.5m的地方存在含有散水的冰層，其含有的水的數(shù)量相對較少[6]。

2.4 GPS和RTK應(yīng)用于碳?xì)湮廴疚锏臋z測

與其他技術(shù)手段相比，GPS和RTK技術(shù)體現(xiàn)出不同的優(yōu)勢，使得GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。比如在野外勘察工作的時(shí)候，可以充分利用GPS和RTK技術(shù)，能夠降低外部因素產(chǎn)生的影響，且體現(xiàn)出時(shí)間成本少、數(shù)據(jù)精確性高等優(yōu)勢[7，8]。為展現(xiàn)出GPS和RTK技術(shù)的優(yōu)勢，某個(gè)從業(yè)者對長方體的集裝箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知，各項(xiàng)參數(shù)與理論上的要求相符。將GPS和RTK技術(shù)應(yīng)用于碳?xì)湮廴疚锾綔y中，將試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)作為依據(jù)，對雷達(dá)的響應(yīng)時(shí)間和水文參數(shù)形成的對比處理模式進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：污染物達(dá)到飽和的時(shí)候，利用GPS和RTK難以對潛水面的污染情況進(jìn)行有效探測，但是在相鄰區(qū)域并不存在污染的時(shí)候，可以獲得準(zhǔn)確的探測結(jié)果。通過這一試驗(yàn)?zāi)軌驇椭ぷ魅藛T對砂質(zhì)的土壤狀況進(jìn)行有效探測。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題受到高度重視，為此就必須嚴(yán)格做好水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作，以便能夠采取具有針對性的措施進(jìn)行處理，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。而GPS和RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作中體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，可以提高工作精確度、提高作業(yè)效率、提高工作自動化程度，應(yīng)加強(qiáng)對GPS和RTK技術(shù)的應(yīng)用研究，將其合理應(yīng)用到水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，從而有效提升水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作的效率及質(zhì)量，進(jìn)一步為我國地質(zhì)勘查測繪整體工程項(xiàng)目工作質(zhì)量效益的提升奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。