摘要：隨著科技水平的提高，應用高技術手段對提高水工環地質勘察工作效率具有重要的意義。本文簡要論述了GPS、RTK技術在水工環地質中的應用情況，通過實際測量數據對RTK技術測量精度進行了淺析，并得出了一些有益的結論。
　　關鍵詞：GPS,RTK,水工環,地質勘察
　　1GPS技術的基本原理
　　1．1GPS的基本原理
　　GPS衛星定位的基本原理是將無線電信號發射臺從地面點搬到衛星上，組成一個衛星導航定位系統，應用無線電測距交會的原理，便可由3個以上地面已知點(控制站)交會出衛星的位置，反之利用3顆以上衛星的已知空間位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置。
　　用戶使用GPS接收機在某一時刻同時接收3顆以上的GPS衛星信號，測量出測站點(接收機天線中心)到3顆以上GPS衛星的距離，并解算出該時刻GPS衛星的空間坐標，據此利用交會法解算出測站點的位置。設時刻t在測站點使用GPS接收機同時測得測站點到3顆GPS衛星S1、S2、S3，的距離P1、P2、P3，通過GPS導航電文解譯出該時刻3顆GPS衛星的三維坐標分別為(Xj，Yj，Zj)，j：1，2，3。用交會法求解測站點的三維坐標(x，Y，Z)的觀測方程：
　　              
　　2RTK技術的基本原理
　　2．1RTK的基本原理
　　RTK技術采用差分GPS位置差分、偽距差分、相位差分3類中的相位差分。這3類差分方式都是由基準站發送改正數，由流動站接收并對其測量結果進行改正，以獲得精確的定位結果。
　　RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于流動站上，基準站和流動站同時接收同一時間、相同GPS衛星發射的信號，將基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值，然后將這個改正值及時地通過無線電數據鏈電臺傳送給流動站，以求得流動站較準確的實時位置。流動站可處于靜止或運動狀態。
　　3儀器設備的發展
　　3．1國外的主要進展9O年代后，GPS儀器又有了一些新發展。相繼推出了多態雷達系統、層析雷達系統。三維雷達技術具有明顯提高解決淺層地質問題的能力，但卻因耗時費力得不到普遍的應用。為此，FrankLehman等研制出空自動的組合地質雷達激光經緯儀系統。利用該系統，一人可在2h內完成25m×25m范圍的三維數據采集。三個方向上的定位精度為士2．5cm。數據處理、成圖可在1h內完成，比傳統方法的效率提高5～10倍。
　　3．2國內的進展90年代我國引進了一批地質雷達儀器并將它用于工程和災害地質調查。近年來，國內地質雷達儀器的研制也取得了較大的進展煤炭科學院西安分院物探所研制成功了適用于礦山防爆要求的DVL防爆型礦井雷達系列。原電子工業部第二十二研究所相繼研究成功了LT一1，2，3型GPS。航天工業總公司愛迪爾國際探測技末公司推出了商品化的撂地雷達系列產品。國內外生產的多種類型的GPS儀器，一般都具有較好的性能，可供不同探測目標選用。
　　4數據采集與處理
　　4．190年代初，GPS資料由單點采集過渡到連續采集。使GPS技術的應用向前邁了一大步。
　　4．2地震資料處理的方式基本適用于GPS資料的處理。為了更好地將石油地震的先連技術；進到GPS領域，一些公司之間開展了合作。比如，1990年后SSI公司與地震圖像軟件公司(SISL)達成協議，SSI公司按地震資料輸出格式設計PulseEKKOGPS系統將SISL公司開發的地震資料處理軟件用于GPS資料的處理。這些軟件包括各類濾波、反褶積及資料顯示等。
　　4．3據SSI公司1998年底披露，該公司即將發行改進軟件一EKKO三維2型軟件。采用2型三維軟件，用戶可以在方便的條件下試驗下述不同軟件的組臺處理，以便提高數據的立體特征。該三維軟件包括去頻率顫動、噪聲濾波、背景清除、包絡線和偏移。
　　4．4透射法取得的資料必須經過處理才能顯示成解釋所需的資料。SSI公司于1997年開發出可用于將GPS透射資料變換成可用于解釋圖像的軟件。實施步驟包括：原始資料編輯和歸類、采集波至、利用美國礦業局的地震層析軟件對資料進行層析成像處理，繪制速度、衰減及波傲圖件以及圖像處理等。和數字模擬研究而對GPS資料解釋研究不夠的現狀，雷林源提出了與GPS資料解釋工作有關的基本理論和方法以及一些基本問題的求解。提出的基本問題包括電磁波在地層中傳播的波阻抗：地層分界面上電磁波場強的反射與透射系數；地層中電磁波速度和反射波的相位以及GPS探測深度等。
　　5應用實例
　　GPS技術經過多年的發展，證明具有多方面的用途。國內刊物對一些普通的應用已給予了較多的介紹。這些應用包括在水文地質方面可以用于淺部地下環境調查；在工程地質勘察方面可用于調查地下埋藏物、隧道、巖溶等。
　　5．1
　　5．1．1一座建立在石灰巖地區的硝化纖維廠，由于污水的泄漏導致硝化纖維對地質環境的污染，為了探測地表至潛水面(約6am)巖溶結構可能捕獲的硝化纖維，在18個30米深和7個50m深的鉆孔中作了井中雷達探測。對收集到的資料作常規處理后，采用惠更斯一基爾霍夫(HK)疊加法繪制出三維雷達圖。從深度為1Om的重建圖像上可以看出幾個受硝化纖維污染的位置在后來的開挖中，證示了GPS的探測成果。
　　5．1．2探測碳氫污染物試驗多年來的野外試驗已證明GPS具有調查地質環境污染的能力。國外專家在Im×04mX05m箱體中作了精心的試驗，試圖再一次驗證GPS探測污染的能力，并用相關資料說明雷達響應與一些水文參數間的關系。通過試驗和GPS數據的處理和解釋得出結論：在污染物達到飽和對，利用GPS探不到潛水面在相鄰未受污染區可探到潛水面對，GPS可用于監測潛水面上的污染物；小型實驗有助于探測或驗證砂質土壤的水文地質參數，如毛細作用水頭、污染物羽狀流的傳播速度；GPS能成功探測石油污染。
　　5．2南極永；東場地安全檢查在一個南極考查計劃利用的場地內，發現地下O．3～O．5m位置的冰內有一些融水坑(據2000年初中央電視臺報道，我國南極科考隊也發現了與此相似的冰水湖)。它們將給場地的利用帶來負面的影響。為此，利用GPS對場地進行了調查。通過對記錄的繞射波結構及其他信息的分析，在3．5m左右深度發現一些有40m長、含分散水的冰層帶，但含水量較少。
　　5．3區域水文地質調查雷達相圖被定義為某一特定地層產生的雷達反射圖像特征均總和，指的是雷達剖面資料上內眼可見的反射波的不同組合形式。雷達資料觀測中，地質體的構造和結構特征會影響雷達響應并產生特征效應。這些特征效應被稱為雷達相圖元素。自1990年以來，荷蘭TNO應用地學研究所在荷蘭3O多個適合于GPS調查試驗的點上作了測量，用于評價GPS對不同水文地質目標成像和描述目標特征的可能性。探查成果揭示出荷蘭不同沉積環境下雷達相圖元素的特征，該相圖集對確定地下水文地質層序的位置有益。
　　6結束語
　　GPS、RTK技術已為測量界普遍地接受，并得到越來越廣泛的應用，不斷嘗試新的方法，提高RTK觀測精度，拓寬RTK的應用領域，是測量工作者一直努力的目標。