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[摘 要]本文主要将GPS技术与传统测量技术在地质勘查中应用进行比较，结果表明GPS技术比传统测量技术有更强的优越性。
[关键词]GPS 传统测量技术 地质勘查 控制测量
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0130-02
一、概述
为满足地质勘查和矿山开采设计等工作，需要对勘探区进行控制测量、地形测量、勘探网测量、勘探线剖面测量、勘探坑道测量、钻孔及地质点的定位测量、矿区勘界测量。所谓的传统的测量技术是采用经纬仪、水准仪、大平板仪、测距仪、全站仪等测量仪器进行测绘工作，大部分测量队伍一台经纬仪（到上世纪 90 年代为全站仪）打天下，直至GPS特别是GPSRTK在测绘工作中的广泛应用，给测绘的野外工作带来了质的飞跃。
二、GPS-RTK 技术的定位精度
（一）准备工作
1、工作地点
选择了具有代表性的梯田、丘陵地区，比高在0～300m之间，梯田密集无规则，地貌较复杂，工作难度介于平原与山区之间。
2、仪器
TrimbleR8双频GPS接收机，标称精度为：静态及快速动态模式下水平精度为3mm+0.1ppm，垂直精度为3.5mm+0.4ppm；动态模式下水平精度为10 mm+1 ppm，垂直精度为20mm+1ppm。
3、检核点情况
在该区域已知16个E级GPS控制点，高程为四等水准。
（二）数据采集
采用 RTK 作业模式，在地势较高，利于接收卫星信号的地方架设基准站。流动站固定解情况下观测时间为不少于20s，观测期间严格对中。高程定位精度：分析以上16个点高程的水准值与RTK值发现最大差值为45mm，最小值为3mm。假定水准连测高程值作为该点正常高的真值，RTK实测高程作为观测值，则互差Δ是真值与观测的差值，根据中误差的定义是RTK实测高程中误差，这里p为权，因为RTK都是直接实测，故取p值为1，N为总点数16，则RTK 实测高程中误差为m中=±28.4mm。
参考《工程测量规范（GB 50026-2007）》五等水准每千米高差全中误差为 =15mm，最弱点相对于高级点的高程中误差可按式估算，式中 L为路线长度，以千米为单位。《工程测量规范（GB50026-2007）》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，这里取四、五等水准临界值16km计，路线最弱点相对于高级点的高程中误差：
采用16个点求得 RTK 实测高程中误差为m中=±28.4mm，小于五等水准测量路线最弱点允许高程中误差±30.0mm，精度达到了五等水准的测量精度。
平面定位精度：求出RTK 值与静态值之间的距离，根据中误差的定义，式中p为权，这里每一个点都是实测且精度相同，故取p值为1，N为总点数16，求得m中=±35mm。根据《工程测量规范（GB50026-2007）》图根控制测量的要求，GPS-RTK图根控制测量点位较差不应大于图上的0.1mm，我们求得的m中=±35mm，则较差为70mm，据此可以得出的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。
三、GPS与传统测量技术在地质勘查中应用比较
（一）控制测量
传统的矿区控制测量一般都是在国家等级控制点的基础上，采用测角网、测边网、边角网、导线网、线型锁、边角交会等方法进行，这就要求点位之间必须通视。为了达到这一条件，点位必须布设在地势高，视野开阔的地方。因此传统控制测量有耗时长、费用高、精度低等的弊端。
GPS定位技术具有精度高、全天候、点位无需通视的优点，因此在控制测量方面目前已基本取代传统的测量方法。但需要注意的是，由于矿区多处山区，点与点之间高差大，所以在高程控制方面要特别注意，各种实验表明，高程拟合误差随着高差的增加而增大，这就要求我们要尽可能选用分布均匀、能够控制住整个工作区的高等级控制点，并选择合适的似大地水准面进行精化，以提高 GPS拟合高程的精度。
（二）地形测量
地质矿产勘探区大比例尺地形图是进行地质勘探和矿山规划设计所必需的基础图件资料，地质勘探和规划设计能否科学顺利地进行取决于能否快速准确地获得高质量的现势地形图。用传统的方法测图，需要先建立控制网，在控制网基础上加密控制点，再利用加密的控制点布设图根点，最后在图根点上安置仪器进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。所需仪器多为经纬仪、大平板仪、绘图板、塔尺等，到后来用于野外数字化采集的全站仪、棱镜等设备，使用这些设备都摆脱不了对高密度控制点（规范规定每平方公里内1∶1000比例尺测图不少于45点，1∶2000比例尺不a少于14点，1∶5000比例尺不少于5点，并应均匀控制测区。当利用全站仪进行数字测图时，图根点的数量可较上述规定减少1/2）的依赖，劳动强度大、速度慢、精度低、耗时长，每组至少需要2-3个人。
采用GPS RTK测量技术，不需要进行加密控制，在首级控制网建好后即可进行碎部测量，基准站可以设置在已知控制点或者设置在接受卫星信号和无线电信通讯条件好的未知点上，流动站经已知点进行校准和检查平面坐標和高程满足限差要求时就可进行数据采集作业。一个基站可以支持多个流动站进行作业，一个流动站只需要 1个人就可以操作，在沿线碎部点上只需停留几秒钟，就可以获得每点平面坐标、高程（固定解）。结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据库，通过CASS软件自动绘制稍加人工修改即可绘成高精度地形图。一个基准站的辐射半径可达3km-5km，因此不需要加密图根控制，控制点之间也不需要通视。所以采用GPS-RTK技术进行全野外数字化地形测量的优势明显，劳动强度小、速度快、精度高、耗时短，得到测绘同行的认可。 （三）地质勘探工程测量
常规的地质勘探测量包括勘探网测量、勘探线剖面测量、勘探坑道测量、定位测量、矿区勘界测量等。在GPS和GPS-RTK技术在测量方面得到应用后，使原来比较复杂的地质勘探工程测量变得简单，精度大幅度的提高。一个基准站可以支持多个移动站进行放样或者定位测量，特别是RTK的线放样功能在勘探网、勘探线剖面的施测中更是游刃有余，彻底摆脱了常规的勘探线测量中勘探线上障碍物的对测量的影响。RTK灵活的测量方法使得勘探网的布设、勘探线剖面测量以及工程点的定位等测量能够同时开展。
采用传统的测量方法，勘探线端点、工程点、剖控点，由其附近的控制点用光电测距极坐标法、经纬仪视距极坐标法布设于实地。布设后的勘探线端点（即
剖面线端点） 及剖控点的定侧，用光电测距经纬仪极坐标法、侧角交会法等施测。作业程序繁多，精度差，特别是采用经纬仪视距极坐标法进行测量精度无法控制。钻孔、槽探端点、坑道近井点等工程点的定测一般采用测角交会法、光电测距极坐标法进行定测。野外测量完成后还需要进行复杂的计算、检核，然后进行手工展绘勘探线剖面图、实际材料图、勘探工程布置图及地形地质图等。由于地质点大部分采用视距极坐标法测定，误差大，粗差出现率高，在制作地形地质图时地质点和地形图矛盾重重，解决起来非常麻烦。
在采用传统测绘技术的年代进行地质勘探工程测量，一个不足10km2的勘探工作区，需要3-4个作业组（一组4人），驻扎勘探区，野外工作完成后还需长时间整理资料，制作图件等。工作效率低、劳动强度大、成果成图质量低，很难保障地质勘查工作的需要。
（四）工程点布设
传统的工程点的测设方法通过引用RTK 技术，不仅对野外作业的时间大大的缩短了，还对控制网点的布设精度和作业效率进行了提高，按照 GPS-RTK 技术布设控制点的步骤为：①按照地质工程项目的一级控制网的基础，对测量矿区的控制网点的分布位置进行确定；②将布设网点的测量坐标输入进 RTK 手簿中；③利用 RTK 的放样功能对控制点的布设进行实地确定，由于 GPS 的静態和后差分测量没有这项功能，对控制网点的布设无法进行。
（五）勘探线剖面测量
通常地质钻孔要设置在勘探线上，所以要对勘探线剖面进行测量，从而为工程布设、储量计算以及勘探设计和其它的综合研究提供更加准确的基础资料。测量勘探线剖面要与相关的规范要求和矿区设计要求相符。测量勘探线剖面传统的方法是地质人员将剖面的起始点布设出来，测量人员再根据起始点沿着与剖面垂直的方向定线并测设勘探基线，再沿着给定的剖面线方向将剖面的剖控点、测站点、剖面点确定下来。如果采用RTK 技术，则一人就能够完成整个勘探线剖面的测量。大大地减少了作业人数，减轻了劳动强度，提高了测量精度。在地质勘察测量中发挥着特别重要的作用。
四、结语
随着科学技术的迅速发展以及不断研发国产GPS仪器的背景下，单台数十万元的GPS接收机的价格已降至几万元，推动着该技术在测绘行业的进一步普及与实现。GPS测量技术推动测绘工进行着革命性的变化，这点是毋庸置疑。其在作业速度、劳动强度、成果质量等方面所具备的优势，实时地完成厘米级精度定位，大幅度提升了工作效率，这点对于传统测量技术而言绝对是无法比拟的。当然事物都具备两面性，它自身也存在一定程度的缺陷，例如容易遭受卫星状况、天气状况、数据链传输状况等影响，因此该技术仍旧需要得到进一步的完善。
参考文献
[1] 张桢哲.GPS RTK技术在地质测量中的应用[J].西部探矿工程. 2012（9）.
[2] 叶积龙，张维宽.关于GPS RTK技术在地质工程测量中的应用分析[J].价值工程.2012（10）.
[3] 张应学.GPS在矿山测量中的工作原理及应用分析[J].中国新技术新产品.2010（5）.
[关键词]GPS 传统测量技术 地质勘查 控制测量
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0130-02
一、概述
为满足地质勘查和矿山开采设计等工作，需要对勘探区进行控制测量、地形测量、勘探网测量、勘探线剖面测量、勘探坑道测量、钻孔及地质点的定位测量、矿区勘界测量。所谓的传统的测量技术是采用经纬仪、水准仪、大平板仪、测距仪、全站仪等测量仪器进行测绘工作，大部分测量队伍一台经纬仪（到上世纪 90 年代为全站仪）打天下，直至GPS特别是GPSRTK在测绘工作中的广泛应用，给测绘的野外工作带来了质的飞跃。
二、GPS-RTK 技术的定位精度
（一）准备工作
1、工作地点
选择了具有代表性的梯田、丘陵地区，比高在0～300m之间，梯田密集无规则，地貌较复杂，工作难度介于平原与山区之间。
2、仪器
TrimbleR8双频GPS接收机，标称精度为：静态及快速动态模式下水平精度为3mm+0.1ppm，垂直精度为3.5mm+0.4ppm；动态模式下水平精度为10 mm+1 ppm，垂直精度为20mm+1ppm。
3、检核点情况
在该区域已知16个E级GPS控制点，高程为四等水准。
（二）数据采集
采用 RTK 作业模式，在地势较高，利于接收卫星信号的地方架设基准站。流动站固定解情况下观测时间为不少于20s，观测期间严格对中。高程定位精度：分析以上16个点高程的水准值与RTK值发现最大差值为45mm，最小值为3mm。假定水准连测高程值作为该点正常高的真值，RTK实测高程作为观测值，则互差Δ是真值与观测的差值，根据中误差的定义是RTK实测高程中误差，这里p为权，因为RTK都是直接实测，故取p值为1，N为总点数16，则RTK 实测高程中误差为m中=±28.4mm。
参考《工程测量规范（GB 50026-2007）》五等水准每千米高差全中误差为 =15mm，最弱点相对于高级点的高程中误差可按式估算，式中 L为路线长度，以千米为单位。《工程测量规范（GB50026-2007）》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，这里取四、五等水准临界值16km计，路线最弱点相对于高级点的高程中误差：
采用16个点求得 RTK 实测高程中误差为m中=±28.4mm，小于五等水准测量路线最弱点允许高程中误差±30.0mm，精度达到了五等水准的测量精度。
平面定位精度：求出RTK 值与静态值之间的距离，根据中误差的定义，式中p为权，这里每一个点都是实测且精度相同，故取p值为1，N为总点数16，求得m中=±35mm。根据《工程测量规范（GB50026-2007）》图根控制测量的要求，GPS-RTK图根控制测量点位较差不应大于图上的0.1mm，我们求得的m中=±35mm，则较差为70mm，据此可以得出的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。
三、GPS与传统测量技术在地质勘查中应用比较
（一）控制测量
传统的矿区控制测量一般都是在国家等级控制点的基础上，采用测角网、测边网、边角网、导线网、线型锁、边角交会等方法进行，这就要求点位之间必须通视。为了达到这一条件，点位必须布设在地势高，视野开阔的地方。因此传统控制测量有耗时长、费用高、精度低等的弊端。
GPS定位技术具有精度高、全天候、点位无需通视的优点，因此在控制测量方面目前已基本取代传统的测量方法。但需要注意的是，由于矿区多处山区，点与点之间高差大，所以在高程控制方面要特别注意，各种实验表明，高程拟合误差随着高差的增加而增大，这就要求我们要尽可能选用分布均匀、能够控制住整个工作区的高等级控制点，并选择合适的似大地水准面进行精化，以提高 GPS拟合高程的精度。
（二）地形测量
地质矿产勘探区大比例尺地形图是进行地质勘探和矿山规划设计所必需的基础图件资料，地质勘探和规划设计能否科学顺利地进行取决于能否快速准确地获得高质量的现势地形图。用传统的方法测图，需要先建立控制网，在控制网基础上加密控制点，再利用加密的控制点布设图根点，最后在图根点上安置仪器进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。所需仪器多为经纬仪、大平板仪、绘图板、塔尺等，到后来用于野外数字化采集的全站仪、棱镜等设备，使用这些设备都摆脱不了对高密度控制点（规范规定每平方公里内1∶1000比例尺测图不少于45点，1∶2000比例尺不a少于14点，1∶5000比例尺不少于5点，并应均匀控制测区。当利用全站仪进行数字测图时，图根点的数量可较上述规定减少1/2）的依赖，劳动强度大、速度慢、精度低、耗时长，每组至少需要2-3个人。
采用GPS RTK测量技术，不需要进行加密控制，在首级控制网建好后即可进行碎部测量，基准站可以设置在已知控制点或者设置在接受卫星信号和无线电信通讯条件好的未知点上，流动站经已知点进行校准和检查平面坐標和高程满足限差要求时就可进行数据采集作业。一个基站可以支持多个流动站进行作业，一个流动站只需要 1个人就可以操作，在沿线碎部点上只需停留几秒钟，就可以获得每点平面坐标、高程（固定解）。结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据库，通过CASS软件自动绘制稍加人工修改即可绘成高精度地形图。一个基准站的辐射半径可达3km-5km，因此不需要加密图根控制，控制点之间也不需要通视。所以采用GPS-RTK技术进行全野外数字化地形测量的优势明显，劳动强度小、速度快、精度高、耗时短，得到测绘同行的认可。 （三）地质勘探工程测量
常规的地质勘探测量包括勘探网测量、勘探线剖面测量、勘探坑道测量、定位测量、矿区勘界测量等。在GPS和GPS-RTK技术在测量方面得到应用后，使原来比较复杂的地质勘探工程测量变得简单，精度大幅度的提高。一个基准站可以支持多个移动站进行放样或者定位测量，特别是RTK的线放样功能在勘探网、勘探线剖面的施测中更是游刃有余，彻底摆脱了常规的勘探线测量中勘探线上障碍物的对测量的影响。RTK灵活的测量方法使得勘探网的布设、勘探线剖面测量以及工程点的定位等测量能够同时开展。
采用传统的测量方法，勘探线端点、工程点、剖控点，由其附近的控制点用光电测距极坐标法、经纬仪视距极坐标法布设于实地。布设后的勘探线端点（即
剖面线端点） 及剖控点的定侧，用光电测距经纬仪极坐标法、侧角交会法等施测。作业程序繁多，精度差，特别是采用经纬仪视距极坐标法进行测量精度无法控制。钻孔、槽探端点、坑道近井点等工程点的定测一般采用测角交会法、光电测距极坐标法进行定测。野外测量完成后还需要进行复杂的计算、检核，然后进行手工展绘勘探线剖面图、实际材料图、勘探工程布置图及地形地质图等。由于地质点大部分采用视距极坐标法测定，误差大，粗差出现率高，在制作地形地质图时地质点和地形图矛盾重重，解决起来非常麻烦。
在采用传统测绘技术的年代进行地质勘探工程测量，一个不足10km2的勘探工作区，需要3-4个作业组（一组4人），驻扎勘探区，野外工作完成后还需长时间整理资料，制作图件等。工作效率低、劳动强度大、成果成图质量低，很难保障地质勘查工作的需要。
（四）工程点布设
传统的工程点的测设方法通过引用RTK 技术，不仅对野外作业的时间大大的缩短了，还对控制网点的布设精度和作业效率进行了提高，按照 GPS-RTK 技术布设控制点的步骤为：①按照地质工程项目的一级控制网的基础，对测量矿区的控制网点的分布位置进行确定；②将布设网点的测量坐标输入进 RTK 手簿中；③利用 RTK 的放样功能对控制点的布设进行实地确定，由于 GPS 的静態和后差分测量没有这项功能，对控制网点的布设无法进行。
（五）勘探线剖面测量
通常地质钻孔要设置在勘探线上，所以要对勘探线剖面进行测量，从而为工程布设、储量计算以及勘探设计和其它的综合研究提供更加准确的基础资料。测量勘探线剖面要与相关的规范要求和矿区设计要求相符。测量勘探线剖面传统的方法是地质人员将剖面的起始点布设出来，测量人员再根据起始点沿着与剖面垂直的方向定线并测设勘探基线，再沿着给定的剖面线方向将剖面的剖控点、测站点、剖面点确定下来。如果采用RTK 技术，则一人就能够完成整个勘探线剖面的测量。大大地减少了作业人数，减轻了劳动强度，提高了测量精度。在地质勘察测量中发挥着特别重要的作用。
四、结语
随着科学技术的迅速发展以及不断研发国产GPS仪器的背景下，单台数十万元的GPS接收机的价格已降至几万元，推动着该技术在测绘行业的进一步普及与实现。GPS测量技术推动测绘工进行着革命性的变化，这点是毋庸置疑。其在作业速度、劳动强度、成果质量等方面所具备的优势，实时地完成厘米级精度定位，大幅度提升了工作效率，这点对于传统测量技术而言绝对是无法比拟的。当然事物都具备两面性，它自身也存在一定程度的缺陷，例如容易遭受卫星状况、天气状况、数据链传输状况等影响，因此该技术仍旧需要得到进一步的完善。
参考文献
[1] 张桢哲.GPS RTK技术在地质测量中的应用[J].西部探矿工程. 2012（9）.
[2] 叶积龙，张维宽.关于GPS RTK技术在地质工程测量中的应用分析[J].价值工程.2012（10）.
[3] 张应学.GPS在矿山测量中的工作原理及应用分析[J].中国新技术新产品.2010（5）.