浅谈地质测量在工程中的应用

摘要：本文介绍了GPS 技术在地质矿产勘查中直接应用于矿区各类勘查工程的放样和定测，通过应用解决了矿区以往勘查工程布设精度低、效率差的缺点,大幅度地提高了野外工作效率。地质工程中测量所具有的优越性和方便性，使其应用越来越广泛。给出了GPS RTK在地质工程测量中的应用思路,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义

关键词: 地质；工程测量；应用

1 引言

自从GPS 技术应用于测量工作以来，该技术已逐渐成为建立平面控制网的主要技术手段，应用的范围也越来越广泛。近年来，GPS 技术在矿区勘查中对各类勘查工程的直接放样和定测的作用，也越来越被人们所重视。GPS 技术在矿区勘查中的直接应用，即充分体现了GPS 精度高、速度快、全天侯的特点，又适应我国地质勘查中矿区预查、普查阶段，各类勘查工程放样、定测的技术要求，同时也节省了人力、物力、财力，提高了测量工作在矿区预查、普查阶段的工作效率。现就在矿区普查中利用PROMARK- X 型GPS 接收机进行地质点和钻孔点的放样、定测的应用情况简述如下：

2、GPS 野外数据采集

2.1 野外作业前的准备工作

PROMARK- X 型GPS 接收机在使用之前必须进行初始化，初始化后在移动300 英里之内, 则无须再进行初始化可直接进行测量。初始化在当前选择的坐标格式下完成，而该型GPS 机的缺省坐标系统为Lat/Lon。初始化之后，作业人员尚需建立一个自定义坐标系统，该坐标系统即为工作区的坐标系统，自定义坐标系统可与Lat/Lon坐标互相转换。用GPS 进行测量一般需两台或以上GPS 接收机，一台做为基站，另一台或两台以上做为流动站，基站GPS 接收机和流动站GPS 接收机在采集数据后，还需进行差分处理，这样就可得到厘米级或毫米级的测量坐标。因此，在野外作业前，需对每台接收机进行相同的初始化和自定义坐标系统设定，以达到同步的要求。

2.2 野外基站位置的选择

地质矿产勘查工作区大多位于山区，山高、林密、通视条件差，选择野外基站检查时，一定要选择通视条件好，能充分采集卫星信号的位置，一般为开阔地、山顶等地形较高位置，并且要求布设基站位置的控制点具有较高精度，精度越高，其差分值精度越高。基准站记录的原始坐标数据和移动站记录的原始数据均是高精度解算的基础，且两组数据必须处于相同的记录时段，否则将无法完成高精度解算。在野外数据采集工作中，无论是静态、动态测量，都必须建立基站。

2.3 野外流动站的数据采集

PROMARK- X 型GPS 在做高精度点位数据采集时，流动站采集的数据在差分后，处理结果的精度高低主要决定于基线情况、卫星的几何分布、可视卫星数、以及卫星高度角等因素。采集数据时，需具备足够的卫星信号时才开始采集，采集时观测数据的时间一般为距基站1km 内，采集数据需15min 以上；距基站5km 内，采集数据需30min 以上；距基站10km 内，采集数据需45min 以上。如果大于10km，则测量精度不能保证，该方法不可取。

3、GPS 观测数据处理

观测数据的差分处理即是将GPS 野外采集的数据，利用最佳的方法进行差分，归化到参考椭球面上，并投影到所采用的平面上，得到所观测点的准确平面直角坐标位置，这一工作包括采集数据的下载和数据差分解算。数据的差分解算是整项工作的重要过程，解算过程中任何一个环节出现问题，则可导致整项工作的失败。因此，在解算过程中，各项参数的数据要正确输入，控制点坐标需保留到小数点后4 位，以满足差分后成果的精度。MSTR 系统中的数据处理过程为：

（1）运行MSTR文件菜单新任务输入新任务名称确定。

（2）差分计算界面基站添加基站文件移动站添加移动站文件。

（3） 椭球投影设置窗口选择2D投影类型：TM东偏:500000.00/中央经线：测区中央经线。

（4）椭球设置Userdefined椭球参数设置界面椭球长半

⑤尽量采用排量大的泥浆泵,强化快速钻进,送钻要均匀。由于扶正器与井壁的环形间隙较小, 需要防止在其周围形成岩屑堆积,注意憋泵和防卡。

（5）加强钻井施工中的井斜观测,一般每20～30m 测斜一次,并对井内加密至每5m一个点。发现异常和斜度加大时,要加密观测。在施工过程中, 钻井最大偏斜角达12°30′(对应深度为655.75m),最大偏斜率达3°10′P50m,偏斜量达40.5m。但由于及时测斜发现问题,并采取上述措施,大大降低了钻井偏斜程度,终孔偏斜角为2°10′(对应终孔深度815.6m),偏斜位移为14m,符合钻井质量要求。

4、数字化制图过程中存在的问题

1.1 等高线处理不当

由于数字化地形测绘软件中的等高线一般都是根据野外采集的地貌点的高程,采用等值内插法,按基本等高距插绘等值点连成曲线,再按不同的圆滑方法进行圆滑而生成的。在地形测量中, 并不是野外采集的所有地貌点之间都能进行等高线内插的, 也就是说靠全自动建立的数字地面模型DTM 有可能失真,因而需要进行必要的人工干预, 删除自动组网中那些不能内插等高线的三角边,而要做好这一点,就要靠实际绘图人员的技术和经验。比如,沟或坎上的点就不能与远离其坡下的点插绘等高线,否则可能会使生成的等高线悬空或穿入地下,使局部地形面目全非。再如等高线不能穿过道路和建构筑物, 有的需在建立DTM 模型时应充分考虑,有些应在绘制好等高线后进行局部修剪或删除。如果上述工作不到位,数字地形图是很难真实反映实际地形的;

1.2 野外数据采集不准不全

（1）地形变化处地形点不全面,坎沟上有点,下面无点或少点,这给计算机自动绘制等高线,也带来一定的麻烦,所绘出的等高线也会失真,难以准确反映实地地形;

（2）有些线状地物如小沟特别是暗沟、电力线、电讯线或电缆、各种管线在图内应该有始有终,而拾取地形点时往往容易忽

图1 地凹槽段纵波反射时间剖面和解释剖面图

5、 GPS 在钻孔等测量中的应用情况

在某矿区普查中，采用PROMARK- X 型GPS 对矿区的4 个钻孔和10 个地质点进行了施测，在3 个已知控制点的约束条件下，差分解算出各观测点的坐标值。现经过对已知控制点检测对比如下表：

从上表中的比较情况可看出，坐标差异均在±12mm 以内，测量精度较好。在现有的条件下，应用全球定位技术进行测点、定点，首先必须在测区范围内建立一个平面控制网，确定控制网的控制点数既要依据测区面积的大小，同时也应满足GPS 观测值差分点坐标与常规观测点坐标的坐标差异在±12mm 以内，根据对多个测区的施测经验，测区控制网的控制点数布设5～8 点较适宜。通过应用GPS 技术在地质矿产勘查中矿区预查、普查阶段的钻孔、探槽等地质点的放样、定测，测量精度完全可以达到要求。随着全球定位技术的发展，定位技术的不断完善，定位精度进一步提高，应用经验更加丰富，GPS 技术在地质矿产勘查测量中的应用将越来越充分地体现出来，使GPS 技术具有更广阔的应用市场空间。

6、基于GPS RTK 的地质工程测量应用

(1)设置好基准站。基准站应设置在地势较高通讯条件较好的地点上,根据测区的自然地理条件和工作范围,在基准站与流动站之间数据链连接最好的点位上设置基准站,在国家已知控制点不能满足工作需要时,可用RTK单点定位方法发展已知点,其精度完全可以满足工作需要。

(2)移动站工作时应注意以下几点:一是基准站和移动站的各项参数设置必须保持一致;二是移动站要始终保持与基准站的数据链连接;三是移动站设置时必须注意对中整平和输人数据的准确性;四是线放样时线上偏移距不能过大,遇复杂地形偏移过大时应做好标志以保证地质工作人员准确找到点位标志,只有这样才能保证测量的精度。

(3)使用GPSR TK测量系统进行地质工程测量是测量工作的一大进步,他从根本上改变了测量工作的传统作业方式。总之,与传统的经纬仪视距、全站仪光电测距相比,使用GPSR TK测量系统提高了地质工程测量精度。在测网和剖面布设时基本消除了网线偏移和网闭合差,只存在很小的个点的离差,在地质工程点定位测量时,由于直接在高等级控制点下工作,大大降低了测量点位的累积误差,提高了劳动生产率。在林区作业时,基本避免了砍伐树木,减少了与林业部门的行业纠纷和毁林赔偿,同时也缩短了测量工作进程；降低了测量工作者的劳动强度,缩短了作业时间。为我们今后的地质工程测量工作和其他测量工作提供了十分有力的条件；促进了找矿工作的顺利进行。

7、结束语

通过上述工程的野外数据采集、资料处理和解释的对比可知：

（1）浅层地震反射法是一种经济、方便、有效的物探工程勘察方法。

（2）在一定的地震地质条件下，浅层地震反射波法能够获得丰富而准确的工程地质勘察信息的，可以解决许多复杂的地质问题，如能与其他物探方法配合使用，并结合一定的钻探资料效果更好。

（3）对于溶洞发育的灰岩地区，野外数据采集要特别严格，干扰切除，少作或不作修饰性处理。