淺談全球定位系統(tǒng)（GPS）在地質(zhì)勘察工程測量中的應(yīng)用
2012-12-31 00:00:00邵傳珍
【摘 要】全球定位系統(tǒng)（GPS）以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水利工程、路橋工程、地殼運(yùn)動(dòng)及形變、土木工程等各個(gè)領(lǐng)域。近幾年，隨著地勘事業(yè)的突飛猛進(jìn)，全球定位系統(tǒng)（GPS）在地質(zhì)勘察工程測量中得到廣泛的應(yīng)用，它已成為地質(zhì)勘察工程測量中不可缺少的測量技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng)（GPS）；地質(zhì)勘察；工程測量；應(yīng)用
1.全球定位系統(tǒng)（GPS）的組成
該系統(tǒng)是由美國軍方研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為用戶提供三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間，對(duì)常規(guī)測量而言，主要采用GPS的相對(duì)測地定位功能，即只獲取地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶三部分組成。
1.1空間衛(wèi)星群
GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高度約為2萬公里的衛(wèi)星組成，其中21顆工作，3顆備用，地面上任何時(shí)間，任何地點(diǎn)均可同時(shí)接收4顆以上衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)。
1.2地面監(jiān)控系統(tǒng)
GPS的地面控制系統(tǒng)包括主控站、上行注入站和監(jiān)控站。主控站的主要任務(wù)收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值，依次外推一天以上的衛(wèi)星星歷及鐘差。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。上行注入站的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)將導(dǎo)航數(shù)據(jù)和主控站的指令注入到衛(wèi)星。
1.3用戶部分
即地面接收系統(tǒng)，由GPS接收機(jī)及數(shù)據(jù)處理設(shè)備構(gòu)成，其作用是通過接收衛(wèi)星發(fā)來的信號(hào)，確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2.GPS定位技術(shù)的特點(diǎn)
2.1定位精度高
GPS測量相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)時(shí)可達(dá)1×10-6，且隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。
2.2測站之間無需通視
常規(guī)測量方法要求測站間相互通視，而GPS測量不要求測站之間互相通視，這就使得選點(diǎn)更加靈活方便，只須保持測站上空開闊，并遠(yuǎn)離衛(wèi)星信號(hào)干擾源即可。
2.3提供三維坐標(biāo)
GPS測量不僅在精確測定觀測站平面位置的同時(shí)，還可以測定測站點(diǎn)的大地高程。
2.4觀測時(shí)間短
GPS測量在20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位的觀測時(shí)間僅需20分鐘左右，快速相對(duì)定位一般只需5分鐘觀測時(shí)間即可。
2.5操作簡便
GPS測量的自動(dòng)化程度高，在觀測中測量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)GPS接收機(jī)、輸入測站點(diǎn)號(hào)、量取儀器高并輸入儀器中、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它工作均由GPS接收機(jī)自動(dòng)完成。
2.6全天候作業(yè)
GPS觀測可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。
3.地質(zhì)勘察工程測量的主要工作內(nèi)容及常規(guī)測量方法
3.1地質(zhì)勘察工程測量的主要工作內(nèi)容
地質(zhì)勘察工程測量的主要工作包括：建立礦區(qū)控制網(wǎng)、勘探網(wǎng)測設(shè)、勘探坑道測量、工程點(diǎn)定位測量、礦區(qū)地形圖的測繪等。
3.2地質(zhì)勘察常規(guī)測量方法
3.2.1礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)方法
礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)方法主要有三角網(wǎng)、線型鎖、附和導(dǎo)線。主要采用儀器是經(jīng)緯儀配合測距儀、全站儀等。這就需要點(diǎn)與點(diǎn)之間通視，須清除視線上的障礙物或頻繁搬站。如果采用假定坐標(biāo)系，還須與國家等級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，若國家控制點(diǎn)遠(yuǎn)離測區(qū)，那么聯(lián)測的工作量可想而知。所以采用常規(guī)測量方法進(jìn)行礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)不但費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，而且工作強(qiáng)度大、效率低。
3.2.2礦區(qū)地形圖的測繪
礦區(qū)地形測量的方法主要有：經(jīng)緯儀配合分度規(guī)測圖、全站儀數(shù)字化測圖等。
3.2.3勘探網(wǎng)測設(shè)
勘探網(wǎng)中基線的測設(shè)主要采用經(jīng)緯儀配測距儀測設(shè)和全站儀測設(shè)；根據(jù)基線點(diǎn)采用經(jīng)緯儀視距法、經(jīng)緯儀配合鋼尺法放樣測線。
3.2.4工程點(diǎn)定位測量
地質(zhì)勘探施工中，許多工程竣工后需要進(jìn)行工程點(diǎn)定位測量，如鉆孔、探槽、斜井、立井等均須測量其三維坐標(biāo)。在沒有測距儀和全站儀時(shí)，采用方向交會(huì)法、極坐標(biāo)法（經(jīng)緯儀定向鋼尺量距）；有測距儀和全站儀時(shí)，多采用極坐標(biāo)法施測。
4.GPS在地質(zhì)勘查工程測量中的應(yīng)用
4.1利用GPS靜態(tài)測量模式建立礦區(qū)控制網(wǎng)
礦區(qū)控制網(wǎng)要求在國家等級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立三、四等或等外控制網(wǎng)，具體等級(jí)根據(jù)地質(zhì)勘查工程的需要來確定。用GPS靜態(tài)測量技術(shù)建網(wǎng)時(shí)，應(yīng)在測繪管理部門收集2-3個(gè)國家控制點(diǎn)，作為礦區(qū)控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。目前地質(zhì)勘察工程作業(yè)區(qū)面積多數(shù)在10-30㎞2，那么我們只需在測區(qū)選6-8個(gè)點(diǎn)（地勢開闊、高度角15°內(nèi)無遮擋物），以點(diǎn)連式或邊連式構(gòu)成GPS控制網(wǎng)，采用4臺(tái)或5臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，將觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入隨機(jī)軟件中解算即可求得GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。與以往采用常規(guī)測量施測的礦區(qū)控制網(wǎng)相比，利用GPS的靜態(tài)測量方式建立的礦區(qū)控制網(wǎng)，不僅精度高、省時(shí)、省力，而且降低成本、工作效率成倍提高。
4.2利用GPS動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)進(jìn)行地形圖測量
在植被稀少或植被不高的礦區(qū)，可采用RTK進(jìn)行地形測量。首先將基準(zhǔn)站架設(shè)在礦區(qū)最高點(diǎn)上，設(shè)置好基準(zhǔn)站，利用已有3個(gè)礦區(qū)控制點(diǎn)解求七參數(shù)，并用其它控制點(diǎn)檢驗(yàn)參數(shù)是否正確，將求得的七參數(shù)輸入到其他幾臺(tái)移動(dòng)站中，然后即可利用移動(dòng)站進(jìn)行碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。在植被茂密的礦區(qū)，可利用RTK加密圖根點(diǎn)。
4.3利用GPS動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)進(jìn)行勘探基線、測線布設(shè)
地質(zhì)勘察工程勘探基線、測線若采用RTK來布設(shè)，時(shí)間宜選在四月份，因?yàn)檫@時(shí)樹葉剛發(fā)芽，山上遮擋物少，有利于RTK作業(yè)。在工作任務(wù)多、工期緊的情況下，選擇好作業(yè)時(shí)間采用RTK布設(shè)基線、測線可以提高野外工作效率。
4.4利用GPS動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)進(jìn)行工程點(diǎn)定位測量
地質(zhì)勘察工程的工程點(diǎn)定位測量，一般均在十月下旬至十一月中旬，這時(shí)工程施工已結(jié)束，樹葉已落遮擋物少了，用RTK施測工程點(diǎn)不僅速度快而且比常規(guī)測量精度高。
5.結(jié)束語
雖然地質(zhì)勘察工程多在山區(qū)，樹木茂密，影響GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，但靜態(tài)GPS可以進(jìn)行礦區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)，RTK測量技術(shù)因時(shí)、因地也可進(jìn)行地形測量、勘探基線布設(shè)、工程點(diǎn)定位測量等，總之，只要將各種GPS測量技術(shù)充分運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，并與常規(guī)測量方法密切配合，不但可以節(jié)省人力、財(cái)力、物力、縮短工期，還可以大大提高工程的質(zhì)量和精度。
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