淺談地質(zhì)勘探測量GPS定位系統(tǒng)及全站儀的應(yīng)用

?？?郝俊柳

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院 河南鄭州 450001）

在進(jìn)行地質(zhì)勘察時，常常要進(jìn)行地質(zhì)點的定位、控制測量、地形圖的修測補(bǔ)測、勘探孔的測量等工作，在測量控制點比較密，并且視野良好的情況下，可以使用常規(guī)的測量方法，比如全站儀三維坐標(biāo)法和極坐標(biāo)法以及后方交會法等。然而在一些復(fù)雜的施測條件下，比如測量控制點少，通視條件不好等情況，會導(dǎo)致野外測量工作變得異常困難。尤其是勘測中的工程點定位測量和測孔定位中，這一困難更加明顯。因此，在地質(zhì)勘探測量中引入GPS定位技術(shù)就應(yīng)運而生了，GPS定位技術(shù)的應(yīng)用大大提高了地質(zhì)勘探測量的效率，解決了測量中的實際問題，提升了工程質(zhì)量和效益。

1 GPS定位系統(tǒng)及其技術(shù)特點

1.1 GPS定位系統(tǒng)簡介

GPS系統(tǒng)是由空間部分和地面控制部分以及用戶部分三個部分組成的。

（1）24顆GPS衛(wèi)星組成的GPS系統(tǒng)的空間部分，這24顆衛(wèi)星共同構(gòu)成了GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座。這些衛(wèi)星中有21顆為可導(dǎo)航衛(wèi)星，另外3顆是運行的備用衛(wèi)星。這些衛(wèi)星的運動周期大約是12個恒星時，每一顆工作衛(wèi)星都能夠發(fā)射用來導(dǎo)航定位的衛(wèi)星信號。

（2）GPS系統(tǒng)的控制部分，是分散在全世界的很多個地面跟蹤站組成的地面監(jiān)控系統(tǒng)共同構(gòu)成。

（3）GPS系統(tǒng)的用戶部分，是由GPS信號接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件以及用戶端設(shè)備組成。GPS用戶部分能夠接收由GPS工作衛(wèi)星所發(fā)射的衛(wèi)星信號，并將接收的信號進(jìn)行適當(dāng)處理，然后用于導(dǎo)航定位等用戶需求。

1.2 GPS技術(shù)特點

（1）各觀測站間無通視要求。

經(jīng)典測量技術(shù)在地質(zhì)勘探中的一大問題就是必須保證各控制點之間的通視條件良好，還要保證結(jié)構(gòu)良好的控制網(wǎng)，這就造成在實際勘探中的困難重重。GPS系統(tǒng)進(jìn)行測量，對測站間的通視條件沒有要求，所以不需要再建覘標(biāo)。GPS系統(tǒng)的這一特點在地質(zhì)勘探測量中的使用大大節(jié)省人力物力和費用，同時也使點位的選擇變得更為靈活。

（2）衛(wèi)星定位的精度較高。

我國現(xiàn)在的GPS定位技術(shù)在實際測量中，比如50km的基線上，相對精度能夠達(dá)到（1～2）×10-6，而且基線越長，GPS測量的相對精度也就越高。

（3）能夠提供三維坐標(biāo)。

使用GPS測量，不但可以獲得觀測站的精確平面位置，同時還能夠測定觀測站精確的大地高程。GPS定位系統(tǒng)的這一大優(yōu)點，不單為大地水準(zhǔn)面形狀的研究和地面點高程的確定創(chuàng)造了新的方法，同時，也能夠給航空物探、精密導(dǎo)航及航空攝影測量等領(lǐng)域提供至關(guān)重要的高程信息。

（4）測量操作簡單。

使用GPS進(jìn)行的測量工作是高度自動化的。在測量時，測量人員的只需要量取儀器高，然后開關(guān)儀器，并監(jiān)測GPS接收機(jī)的工作狀態(tài)即可。而且，隨著技術(shù)的發(fā)展，GPS接收機(jī)的質(zhì)量和體積越來越小，儀器的功耗越來越低。

（5）能夠全天候進(jìn)行作業(yè)。

GPS系統(tǒng)能夠隨時隨地進(jìn)行連續(xù)地觀測工作，一般情況下GPS接收機(jī)是不會被天氣狀況所影響?，F(xiàn)在的GPS接收機(jī)大都具備防水功能。

（6）測量時間短。

隨著實時動態(tài)和快速靜態(tài)定位技術(shù)的產(chǎn)生，在放樣測量和地形測量等一般的測量工作中，一個觀測點的測量時間已經(jīng)可以縮短為以秒為計量單位的程度。

2 GPS定位系統(tǒng)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

2.1 控制測量

地質(zhì)勘探中傳統(tǒng)的控制測量大都是以國家等級的控制點為基礎(chǔ)，利用測邊網(wǎng)、測角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)、邊角交會和線型鎖等測量方法進(jìn)行控制測量，這種傳統(tǒng)的測量方法要求各控制點之間具有良好的通視條件。為了滿足通視條件，觀測點需要布設(shè)到地勢較高且視野較開闊的位置。所以傳統(tǒng)的控制測量的耗時更長，工程費用也更高，并且測量精度較低。使用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行測量不僅不需通視要求，而且還具有全天候、高精度等優(yōu)點，所以在現(xiàn)在的控制測量中GPS定位技術(shù)已經(jīng)基本代替了傳統(tǒng)測量方法。使用GPS定位技術(shù)時還要注意，由于地質(zhì)勘探經(jīng)常在山區(qū)進(jìn)行，各控制點間的高差較大，因此在高程的控制上需格外注意。經(jīng)過多次實驗可以看出，GPS測量中高程擬合的誤差會隨高差的增大而增加，所以在選點時就需盡量選擇分布均勻，并且能夠合理劃分整個測量區(qū)域高程的控制點，然后選取適合的似大地水準(zhǔn)面精化控制點，以此提升GPS測量中高程擬合的精度。

2.2 地形測量

在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中，特別是在詳查階段，大比例尺的地形圖是礦山進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計和勘探線孔位的布設(shè)等任務(wù)的必不可少的基礎(chǔ)資料。一般的傳統(tǒng)測量都是在首級控制點的基礎(chǔ)上再進(jìn)行控制點的加密，接著布設(shè)一些圖根點，然后在圖根點架全站儀進(jìn)行碎步數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)在的動態(tài)GPS測量技術(shù)則不需要加密控制點以及圖根控制點，而是可以直接將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知的控制點上，然后使用流動站就能夠進(jìn)行碎步測量，如果流動站數(shù)量充足，則還能夠同時使用多個流動站進(jìn)行碎步采集，以提高測量工作的效率。但因GPS接收機(jī)需要接受到至少3顆衛(wèi)星信號時才能正常工作，所以在植被密集的位置可能導(dǎo)致接收的信號的衛(wèi)星個數(shù)不足，GPS不能正確得到數(shù)據(jù)，這時就需要將GPS測量技術(shù)和傳統(tǒng)測量相結(jié)合才能很好的完成地形測量。

2.3 地質(zhì)勘探中的GPS工程測量

傳統(tǒng)的勘探測量主要指勘探網(wǎng)的測量、勘探坑道的測量、勘探線剖面的測量、礦區(qū)勘界的測量以及定位測量等。GPS定位系統(tǒng)與GPSRTK技術(shù)廣泛應(yīng)用到測量方面后，令原本費時費力的地質(zhì)勘探測量工作變得省時省力，簡單易行，且測量精度獲得大幅度提高。設(shè)立一個基準(zhǔn)站便能夠進(jìn)行多個移動站的定位測量或者放樣工作，尤其是RTK技術(shù)的線放樣功能為勘探線剖面和勘探網(wǎng)的施測提供了很多方便，使勘探線測量擺脫了傳統(tǒng)方法中勘探線路上存在障礙物時對測量造成的影響。

在常規(guī)的地質(zhì)勘探測量中，勘探線端點、剖控點、工程點，都是由其周圍的已知控制點使用經(jīng)緯儀視距極坐標(biāo)法或光電測距極坐標(biāo)法測定。確定位置后對勘探線端點和剖控點的定側(cè)大都是用側(cè)角交會法或者光電測距極坐標(biāo)法等方法展開測量。這種傳統(tǒng)的測量作業(yè)步驟繁多，測量成果精度低，尤其是使用經(jīng)緯儀視距極坐標(biāo)法得到的測量成果精度是不受控制。地質(zhì)勘探中測定鉆孔、坑道近景點以及槽探端點等工程點時大都使用光電測距極坐標(biāo)法和測角交會法。完成野外實地測量后，還需開展復(fù)雜的內(nèi)業(yè)計算與檢核，最后由人工手動展繪出勘探線的剖面圖、勘探工程的布置圖、實際材料圖以及地形地質(zhì)圖等所需多個圖紙。在傳統(tǒng)測量中大部分地質(zhì)點都是使用視距極坐標(biāo)法進(jìn)行測定，測定結(jié)果誤差較大，出現(xiàn)粗差的概率較高，所以在繪制地形地質(zhì)圖中會出現(xiàn)很多地質(zhì)點與地形圖相矛盾的位置，對地形地質(zhì)圖的繪制造成很大的麻煩。

我院在非洲某個國家進(jìn)行的3個地質(zhì)勘探測量項目中，全部使用了GPSRTK技術(shù)開展實地測量，項目中共使用了二十臺GPS接收機(jī)，在總計12個月的有效工作時間內(nèi)，高效地完成三個項目中的地形測量及控制測量，另外還測量了勘探線剖面總計1583．7km及鉆孔放樣總計4505個，測定了鉆孔總計4070個。專家驗收組驗收時稱該單位的這個項目為世界地質(zhì)勘探界開辟了新的道路，獲得了令人震撼的成果，勘探耗時之短、勘探的面積之大以及勘探成果的質(zhì)量之高都令人拍手稱贊。

3 GPS定位系統(tǒng)優(yōu)勢及其應(yīng)用的注意事項

（1）GPS測量控制網(wǎng)對選點的要求十分靈活，布網(wǎng)非常方便，一般對通視條件和網(wǎng)形沒有限制，尤其是在一些地形條件復(fù)雜且通視情況不理想的區(qū)域，GPS測量的優(yōu)勢會更加明顯。當(dāng)遇到測區(qū)條件差且要求的精度較高時，需注意防止短邊的出現(xiàn)，當(dāng)短邊必須出現(xiàn)時，應(yīng)當(dāng)更加仔細(xì)的測量。

（2）現(xiàn)在的GPS接收機(jī)已經(jīng)能夠做到智能化、自動化的測量，而且觀測效率在不斷提高，使用GPS接收機(jī)大大降低了測量作業(yè)的勞動強(qiáng)度，GPS觀測成果的質(zhì)量主要會受到所接收的衛(wèi)星信號質(zhì)量及數(shù)量的影響。所以在一些樹木茂密的觀測點觀測時，如果樹木遮擋嚴(yán)重，可能會造成接收到的衛(wèi)星信號數(shù)量少且質(zhì)量不佳，此時則需要使用全站儀進(jìn)行傳統(tǒng)的測量。所以，在進(jìn)行GPS測量時，應(yīng)避免將測點布置在會對衛(wèi)星信號造成影響的位置，同時還需注意手機(jī)、對講機(jī)等無線設(shè)備的影響。

4 結(jié)束語

通過上文的分析，我們可以看出GPS測量技術(shù)給地質(zhì)勘探測量提供了很大的方便，具有很大優(yōu)勢，但GPS測量也不能夠完全可代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量儀器，比如在一些植被覆蓋率很高的測區(qū)，高大茂密的森林會阻擋GPS接收衛(wèi)星信號，此時GPS便不能工作了。所以在地質(zhì)勘探項目中必須合理地調(diào)配儀器，將GPS測量和傳統(tǒng)測量方法有機(jī)結(jié)合，提高工程效益。

[1]朱金玉.GPS與傳統(tǒng)測量技術(shù)在地質(zhì)勘查工程測量中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2015（1）：125～126.

[2]宋江琴.GPS與傳統(tǒng)測量技術(shù)在地質(zhì)勘查工程測量中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（14）：218.