浅谈GPS技术在地质测量中的应用

摘要：ＧＰＳ作为一项引起传统测绘观念重大变革的技术，是最具潜力的全能型技术，在地质工程测量方面发挥着重要的作用。
　　关键词：GPS控制剖面地形测量
　　随着我国国民经济的快速增长，地质找矿行业越来越重要，地质行业迎来前所末有的发展机遇，这就对地质测量提出了更高的要求。随着地质行业软件技术和硬件设备的发展，地质设计已实现数字化。目前地质勘探中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低。技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前，用GPS静态或快速静态方法建立矿区总体控制网，为测绘地形地质图件、剖面等提供依据。
　　1.GPS技术发展现状?
　　GPS是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的缩写,意为利用卫星导航进行测时和测距,以构成全球卫星定位系统。是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，在军事和工农业等领域得到了广泛的应用。给导航和定位技术带来了巨大的变化。具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。
　　相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK测量以其快速实时，厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎部测量)与工程放样中。?
　　2.GPS技术在地质测量中的应用?
　　2.1首级控制网
　　首级控制采用美国产Trimble4600LSⅡ型12通道4台套GPS接收机进行布测。静态处理标称精度为：±5mm+1PPm*D(D为基线长度)。实地测量时采用静态定位测量方式，单基准站式星形网布设。为提高观测精度,每个点视对天通视情况观测45至70分钟，卫星截止高度角设置为≥15°，最少卫星观测数为≥4,PDOP≤6,数据采集间隔为15″。对中误差≤2mm,天线高差值≤3mm。基线处理及网平差采用随机进口软件TGO1.6进行解算。D级GPS控制网的技术要求执行《GPS规范》相应规定。坐标系统采用1954年北京坐标系，高程系统采用1956年黄海高程。
　　2.2图根控制测量
　　在首级控制点的基础上，使用LEICAGPS1200型GPS接收仪，进行图根控制测量。要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。若采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min(随着技术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的五分之一，在地质测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工。
　　2.3勘探线剖面测量、地质工程测量
　　实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了GPS测量的工作效率。
　　实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。
　　首先在LEICAGPS1200型GPS接收仪手簿上建立坐标系统，根据首级控制点平差WGS84坐标成果及1954年北京坐标系成果(84点和当地点取同样的点号)，并且全部存在于缺省的JOB中，选择建立坐标系统功能，设置好椭球和投影参数，进行坐标系统的建立。
　　然后在首级控制点上架设参考站，设置好坐标系统，流动站人员根据地质人员设计的剖面的基、端点及钻孔坐标，进行放样，测设时直接测出高程。
　　2.4地形测量
　　与勘探线剖面测量、地质工程测量一样，用流动站测量地形点，保存在手簿中，并绘制草图，外业完成后直接与电脑连接，输出测量数据，进行数字化成图。确保依据《规范》和国标96《1：500、1：1000、1：2000地形图图式》进行作业，确保测量成果的精度。
　　3.GPS技术在地质测量中的应用前景?
　　RTK-实时动态GPS测量技术能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果,并达到cm级精度,在测量中缩短了外业观测时间,提高了生产效率.动态定位模式在地质勘探阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形地质图测绘、地质剖面测量、钻孔测设等工作。测量2～4秒，精度就可以达到1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器(如全站仪)不可比的优点。
　　3.1在矿产的管理方面利用GPS方便的定位功能，可对所辖区域内的矿产资源分布作出精确定位，测出矿产资源分布面积，对每一种矿产资源分布边界作出定位，以免发生越界开采。
　　3.2在地质调查方面，地质调查是一向综合性的地质工作，是各项地质工作的先行步骤，是运用地质理论和各种技术手段在一定区域内系统的进行综合性调查工作在地质填图中的应用，利用GPS方便进行地质填图的数据采集，可以减少野外工作量，缩短成图周期，克服了传统方法中地一些缺点。增强了数据的共享性，有利于数据的二次开发与利用。
　　3.3在地质灾害中，GPS可用于监视全球和区域板快运动，也就是形变监测，也是利用GPS全天候连续的三维导航和全球覆盖的特点，做地质灾害预报。
　　
　　
　　参考文献:
　　(1)南方测绘仪器有限公司.数字化地形地籍成图系统CASS6.0参考手册.2004.02
　　(2)马克.测绘资质管理规定与测绘新技术新标准应用手册.宁夏大地音像出版社
　　(3)北京清华山维新技术开发有限公司.清华山维测量控制网平差系统参考手册.2002.03

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