淺析衛(wèi)星導(dǎo)航(GPS)定位在地質(zhì)勘探的應(yīng)用

凈曉春 王勇 馬勇波

衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位系統(tǒng)具有強(qiáng)大功能，在地質(zhì)勘探工程測(cè)量中擁有較大應(yīng)用價(jià)值?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文在對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)特點(diǎn)展開分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該技術(shù)在地質(zhì)勘探的應(yīng)用問題進(jìn)行了探討，明確技術(shù)的應(yīng)用流程和注意事項(xiàng)，為地質(zhì)勘探測(cè)量工作的開展提供參考。

采用常規(guī)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探，容易受通視條件、地形條件等各種條件的限制，測(cè)量效率較低，導(dǎo)致地質(zhì)勘探工作量有所增加。伴隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)得以在地質(zhì)勘探工作中得到了運(yùn)用，能夠擺脫以往工程測(cè)量受到的限制，降低工程測(cè)量難度，使地質(zhì)勘探工作高效開展。因此，還應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位在地質(zhì)勘探的應(yīng)用分析，從而推動(dòng)地質(zhì)勘探水平的進(jìn)步。

一、衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)特點(diǎn)

衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)實(shí)際就是運(yùn)用GPS系統(tǒng)定位的一種技術(shù)，需要以衛(wèi)星導(dǎo)航為基礎(chǔ)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)定位。所謂的GPS系統(tǒng)，其實(shí)就是全球定位系統(tǒng)，由地面控制、空間部分和用戶部分構(gòu)成，空間部分是由24顆GPS衛(wèi)星構(gòu)成的衛(wèi)星星座，控制部分是由分散在世界各地的地面跟蹤站構(gòu)成的地面監(jiān)控系統(tǒng)，用戶部分包含用戶端設(shè)備、GPS信號(hào)接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件等?？臻g部分衛(wèi)星包含21顆可導(dǎo)航衛(wèi)星和3顆運(yùn)行備用衛(wèi)星，擁有12個(gè)恒星的運(yùn)動(dòng)周期，每顆均能進(jìn)行導(dǎo)航定位衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送。用戶部分可以對(duì)GPS工作衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行接收和處理，從而滿足用戶導(dǎo)航定位等需求。從技術(shù)特點(diǎn)上來看，采用衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)無需確保各控制點(diǎn)保持良好通視條件，不需要建立覘標(biāo)，能夠靈活選擇點(diǎn)位，節(jié)省大量人力、物力。在50km基線上，GPS定位精度可以達(dá)到（1～2）×10-6，在基線變長情況下測(cè)量精度也將提高。采用衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)，可以得到觀測(cè)站精確平面位置，并且得到精確大地高程數(shù)據(jù)，為測(cè)量工作開展提供三維坐標(biāo)。通常情況下，GPS接收機(jī)不受天氣影響，具有防水功能，設(shè)備功耗也較低，可以連續(xù)開展觀測(cè)作業(yè)。采用快速靜態(tài)定位技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，僅需要幾秒鐘就能完成放樣測(cè)量、地形測(cè)量等測(cè)量工作，測(cè)量效率較高。此外，GPS體積較小，并且實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，測(cè)量時(shí)只要確定儀器高，然后就可以將儀器打開進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，操作十分便利。

二、衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位在地質(zhì)勘探的應(yīng)用

（一）前期準(zhǔn)備

實(shí)際在地質(zhì)勘探中應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位技術(shù)，需要做好前期準(zhǔn)備。因?yàn)樵诘刭|(zhì)勘探的野外作業(yè)中，需要在野外環(huán)境下使用GPS，還要提前考察測(cè)量區(qū)域，加強(qiáng)高等級(jí)平面控制，完成工程相關(guān)資料的提前收集。根據(jù)具體數(shù)據(jù)，可以加強(qiáng)控制點(diǎn)坐標(biāo)分析，合理進(jìn)行控制點(diǎn)選擇，確保能夠測(cè)量得到精準(zhǔn)度較高的數(shù)據(jù)。在前期準(zhǔn)備階段，需要完成流動(dòng)站和基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)參數(shù)及截止頻率的合理設(shè)定，流動(dòng)站實(shí)時(shí)參數(shù)為1～2秒，基準(zhǔn)站為4～5秒，截止頻率可以設(shè)定為10度。在實(shí)踐工作中，常常需要在山區(qū)作業(yè)，測(cè)量效果容易受到各種因素影響。為保證測(cè)量值精確度，需要提前確立作業(yè)方案。具體來講，就是需要完成軟硬件配置，確保野外作業(yè)設(shè)備符合國家出臺(tái)的《全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合要求，可以配備2臺(tái)雙拼GPS接收機(jī)、2臺(tái)電腦、4臺(tái)單頻GPS接收機(jī)和1臺(tái)繪圖儀。在軟件配置上，可以采用CA337.0軟件，并采用配套文字和數(shù)據(jù)處理軟件，實(shí)現(xiàn)無約束平差、基線向量等各種數(shù)據(jù)的規(guī)范處理。

（二）控制測(cè)量

在地質(zhì)勘探控制測(cè)量階段，需要按照合同約定進(jìn)行平面測(cè)量，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位的網(wǎng)狀布置，對(duì)測(cè)區(qū)各級(jí)點(diǎn)進(jìn)行利用，對(duì)圖根控制點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格加密，以便使控制網(wǎng)保持良好安全性能。針對(duì)各級(jí)GPS網(wǎng)，需要滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。針對(duì)C級(jí)，平均距離應(yīng)當(dāng)達(dá)到4.5km，X≤10mm，Y≤5×10-6，最弱邊相對(duì)中誤差為1/70000；D級(jí)平均距離為2km，X≤10mm，Y≤10×10-6，最弱邊相對(duì)中誤差為1/40000；E級(jí)平均距離為1km，X≤10mm，Y≤20×10-6，最弱邊相對(duì)中誤差為1/20000。在控制網(wǎng)布置期間，應(yīng)當(dāng)保證相鄰點(diǎn)間極限最小距離至少達(dá)到平均距離1/3，最大距離不超過平均距離3倍。如果GPS網(wǎng)絡(luò)為一級(jí)，邊長需要小于200m，邊長中誤差小于±20mm。利用式（1），可以對(duì)各等級(jí)控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)基線精度進(jìn)行計(jì)算，式中σ指的是標(biāo)準(zhǔn)差，α則是固定誤差，b是比例誤差系數(shù)，d是相鄰點(diǎn)間距。采用點(diǎn)聯(lián)和線聯(lián)方式，能夠?qū)PS控制網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)，構(gòu)成獨(dú)立觀測(cè)環(huán)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包含若干組三邊形或多邊形，但邊數(shù)不能超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍。不同于傳統(tǒng)地質(zhì)勘查以國際等級(jí)控制點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行控制測(cè)量，采用GPS定位技術(shù)可以根據(jù)各控制點(diǎn)高差進(jìn)行整個(gè)測(cè)量區(qū)域高程控制點(diǎn)合理劃分，選擇適合擬大地的水準(zhǔn)面精化控制點(diǎn)，所以能夠使測(cè)量中高程擬合精度得到提高。

（三）地形圖測(cè)量

地質(zhì)勘查在詳查階段需要完成大比例地形圖的繪制，以便為勘探線孔位布設(shè)等工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐。按照傳統(tǒng)測(cè)量方法需要在首級(jí)控制點(diǎn)上進(jìn)行控制點(diǎn)加密，然后布設(shè)圖根點(diǎn)，利用全站儀完成碎步數(shù)據(jù)采集。采用GPS技術(shù)，能夠直接在已知控制點(diǎn)上進(jìn)行基準(zhǔn)站架設(shè)，利用流動(dòng)站完成碎步測(cè)量。在流動(dòng)站充足的情況下，可以同時(shí)利用多個(gè)流動(dòng)站開展工作，使測(cè)量工作效率得到提高。在實(shí)踐工作中，需要對(duì)所測(cè)區(qū)域環(huán)境進(jìn)行充分考慮，利用RTK測(cè)量技術(shù)完成地形圖測(cè)量。在測(cè)區(qū)最高點(diǎn)位上，可以進(jìn)行基準(zhǔn)站的設(shè)置，然后對(duì)現(xiàn)有三個(gè)區(qū)域控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行利用，完成相關(guān)參數(shù)的求解。憑借其它控制點(diǎn)坐標(biāo)，可以對(duì)求解參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。確定參數(shù)正確后，可以將其輸入到移動(dòng)站中，完成數(shù)據(jù)收集。在植被茂盛的區(qū)域，需要利用RTK對(duì)地形圖根本點(diǎn)進(jìn)行加密處理。

（四）工程測(cè)量

在工程測(cè)量階段，需要完成勘探基線和測(cè)線的布設(shè)。采用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，可以完成測(cè)區(qū)勘探線的布設(shè)。而勘探時(shí)間應(yīng)盡量在樹枝樹葉較少的季節(jié)，以便加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在工程點(diǎn)定位時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的交會(huì)法需要保證透視條件較好。對(duì)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，可以直接進(jìn)行首級(jí)控制點(diǎn)位測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的利用。求解相關(guān)參數(shù)時(shí)，應(yīng)注意區(qū)域不超過15km。在地質(zhì)勘探中，需要進(jìn)行坑道近景點(diǎn)、鉆孔等工程點(diǎn)的測(cè)量。采用光電測(cè)距極坐標(biāo)法，在野外實(shí)地測(cè)量后需要進(jìn)行復(fù)雜的內(nèi)業(yè)計(jì)算和檢核，采用人工方式進(jìn)行勘探線剖面圖、工程布置圖等圖形的繪制，容易出現(xiàn)測(cè)定結(jié)果粗差概率高的問題，導(dǎo)致多地質(zhì)點(diǎn)與地形圖出現(xiàn)相矛盾的位置。實(shí)際應(yīng)用GPS定位技術(shù)，能夠利用衛(wèi)星定位進(jìn)行整個(gè)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境信息的準(zhǔn)確獲取，然后手動(dòng)輸入勘探數(shù)據(jù)。聯(lián)合使用基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，可以完成信號(hào)傳遞，準(zhǔn)確獲取地質(zhì)信息。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行手動(dòng)刪除，使測(cè)量誤差得到最大限度的降低，從而使基線的精確性得到保證。

（五）注意事項(xiàng)

應(yīng)用GPS定位技術(shù)盡管能夠使地質(zhì)勘探效率和能力得到提高，但在實(shí)際操作時(shí)需要加強(qiáng)影響測(cè)量精度的因素控制。首先，RTK測(cè)量獲得的每個(gè)觀測(cè)值為獨(dú)立數(shù)據(jù)，難以保證可靠性，所以需要提前與已知點(diǎn)位進(jìn)行比對(duì)，確定相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保證衛(wèi)星數(shù)據(jù)正常鏈接。其次，測(cè)區(qū)有較高精度要求，需要在流動(dòng)站采用三腳架對(duì)準(zhǔn)中桿，保證天線穩(wěn)定，從而使精確值得到提高。再者，為避免測(cè)量受外界無線電干擾，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接不穩(wěn)需要立即通知基準(zhǔn)站，完成新電臺(tái)的選擇，然后使流動(dòng)站進(jìn)行新頻率接收。此外，測(cè)區(qū)內(nèi)反射性強(qiáng)物體過多，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)解算時(shí)間長或無法讀取，需要采用提高截止高度方法減少干擾，從而使測(cè)量精度得到保證。

三、結(jié)論

綜上所述，憑借數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)和操作便利等優(yōu)勢(shì)，衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位在地質(zhì)勘探工作中得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)踐工作中，應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航（GPS）定位需要做好前期準(zhǔn)備工作，然后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格開展控制測(cè)量、地形圖測(cè)量等各項(xiàng)工作。在實(shí)際進(jìn)行地質(zhì)勘查測(cè)量過程中，需要掌握可能對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生影響因素，以便使測(cè)量誤差得到有效控制，繼而使勘探工作有效開展。