摘要:工程地质勘察包括工程地质测绘、勘探等。其中工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等的放样均涉及到测绘工作。本文以工程地质放样为例,对亚米级GPS手持机在放样工程中的应用,及其精度进行了研究和探讨,得出一些结论。
关键词:工程地质勘查;亚米级GPS手持机;放样
引言
工程地质勘察是为查明建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。勘察目的为查明地质结构:地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质,自然地质现象和天然建筑材料等工程地质条件。预测工程建筑物与地质环境相互作用的方式、特点和规模,并作出正确的评价,为确保建筑物稳定性与设计提供科学依据。
现今进行定位放样常用的测量手段和仪器包括:水准仪;经纬仪结合钢尺量距;全站仪;高精度的GPS测量仪器RTK等。亚米级手持GPS数据采集系统做为最新型的测量仪器正尝试应用到测绘领域中,本文结合实际情况详细分析了亚米级GPS手持机在工程地质勘查定位放样中的可行性应用及精度分析。
1 亚米级GPS手持机应用在工程地质勘查定位放样中的可行性分析
1.1 亚米级GPS手持机的基本性能及技术指标
以国产的S750型手持GPS数据采集系统为例,该仪器能自主跟踪SBAS(MSAS/EGNOS/WAAS)卫星信号,无需依靠自建或付费基准站,既实现单机高精度;实时差分动态测量、后差分测量功能超长距离也可实现亚米级精度;亦有厘米级测量精度的静态测量功能等。其定位精度为实时差分改正:亚米级(CEP)(外部源修正或SBAS),后差分处理:亚米级(CEP),静态:水平5mm+1ppm,高程10mm+1ppm。
1.2 工程地球物理勘探、钻探和坑探工程等对放样精度的要求
在针对工程地质勘探对放样点的定位精度要求一般比较宽松,定位的平面精度有几十厘米的偏差不会影响对地质结构的分析的真实性。对放样点的高程精度要求应是厘米级,就能反映出真实的地质结构情况。
1.3 可行性分析
亚米级GPS手持机在平面定位中,其动态精度符合工程地质勘探的要求。高程测量则需要在静态情况下进行,观测精度取决于观测卫星的质量和观测时间,在卫星质量良好、静态观测高程数据没有明显变化时其高程精度能够符合要求。
2 应用实例与精度分析
哈尔滨市阿城区红星水库旅游区房地产开发项目,拟投资60亿元,其中新建别墅60多栋。工程地质勘查是第一步。在此次工程地质勘查256个钻孔放样中使用了亚米级GPS手持机,并对该机性能进行了全面的测试和精度分析研究。
2.1 野外放样场地条件:
勘探区位于红星水库库区周边,相对高差10米左右。现场大面积针叶林、针阔混交次生林及小块耕地,地形起伏变化较大,通视条件差。卫星接收条件良好,显示8~9颗卫星。此次作业利用现场已有的测绘资料是新测1:5千地形图,区内有E级GPS控制点7个,做为测区已知点使用。
2.2 作业方法
2.2.1 在静态情况下进行已知点的校正,将GPS坐标系统归于图内坐标系统。校正已知点后,对其他已知点进行采集,比对点位坐标及高程后,在允许误差范围内则进行施测,如不满足施测精度则进行重新校正已知点。
2.2.2 放样过程中该仪器有导航功能,进入点位1.5米范围内该仪器出现提示音,然后精确放样至点位。
2.2.3 放样点位后要记录该点的高程数据,将手持机固定在对中杆上,可以减少手持机在测量过程中的高程误差。采集高程时等待状态显示为差分3D,PDOP与SMS值向小变化最后不在变化时可以认为是静态观测,然后进行数据采集。新采集的数据包含坐标和高程。
2.2.4 在实际工作中,放样点是提供钻机设备勘查采样的点位,现场由于地形原因设备无法架设,需要移动孔位。一般情况下先放样后施工,钻孔移动后并没有复测,造成放样点人为位移。使用手持机放样可以充分考虑钻机场地情况,预先选择合适放样点并采集新坐标和高程数据,是勘查的成果更加真实可靠。
2.3 测试与精度分析
2.3.1 对不同的施测时间,在卫星数量和质量不同情况下对点位及高程精度的分析:对同一放样点分早,中,晚三次进行放样并数据采集,将三次采集的数据展点在AotoCAD绘图软件中与设计放样点坐标进行比对。得到的结论是三次观测的结果平面均在r=0.8m的范围内浮动,后两次的高程观测值与第一次观测值比对在±0.3m的范围内浮动,无粗差,符合要求。
2.3.2 放样点坐标高程质量抽检对比结果:对亚米级GPS手持机施测的放样点,使用两秒级全站仪进行数据采集抽检,抽检率为实际工作量的5%,对比其结果如下表:
钻孔。
根据上述数据的对比可以看出,亚米级GPS手持机放样精度达到了亚米级,是可以在工程地质勘查放样作业工作中使用。
3 结束语
综上所述,在现今测绘仪器和测绘手段快速发展的时期,GPS定位技术已普及到各领域、各专业。尤其是工程地质勘查领域,有其更显著的专业特点:一般工程地质勘查项目放样点数量大,勘查施工周期短,对测绘工作要求短时间完成。一般的工程地质勘查队伍都不具备专业测绘能力,定位放样手段较落后,效率低且不精确。雇佣专业测绘队伍进行测绘费用高,增加了项目成本。选用亚米级GPS手持机进行测绘,既节省了生产成本又缩短加快了工程地质勘查项目完成的周期,具有明显的经济效益。
参考文献
[1]《岩土工程勘察规范》(GB 50021 2001)北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]《工程测量规范》(GB 50026-2007)北京:中国计划出版社,2008.
[3]《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2001)北京:中国标准出版社,2009.
[4]《GPS手持数据采集系统S750用户手册》.南方测绘有限公司,2009.
作者简介:石晓磊(1980~),男,武汉大学遥感与测绘工程国家重点实验室在读研究生,黑龙江省煤田地质勘察院从事工程测量工作。
