發(fā)布時(shí)間：2014-08-12所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：近年來，GPS技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中對(duì)各類勘查工程控制網(wǎng)的布設(shè)和直接放樣、定測(cè)各類地質(zhì)勘查工程點(diǎn)的作用，也越來越被人們所重視。地質(zhì)測(cè)量大多在地形復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行，如用傳統(tǒng)的測(cè)量方法需要大量的人力、物力，作業(yè)周期長(zhǎng)，用GPS結(jié)合全站儀在地質(zhì)測(cè)量
摘要：近年來，GPS技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中對(duì)各類勘查工程控制網(wǎng)的布設(shè)和直接放樣、定測(cè)各類地質(zhì)勘查工程點(diǎn)的作用，也越來越被人們所重視。地質(zhì)測(cè)量大多在地形復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行，如用傳統(tǒng)的測(cè)量方法需要大量的人力、物力，作業(yè)周期長(zhǎng)，用GPS結(jié)合全站儀在地質(zhì)測(cè)量中應(yīng)用就能取到事半功倍的作用，充分顯示了衛(wèi)星定位技術(shù)的無(wú)需通視、速度快、精度高等特點(diǎn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)測(cè)量,GPS技術(shù),基本原理,應(yīng)用
1、GPS定位技術(shù)基本原理
GPS測(cè)量通過接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求得待定點(diǎn)的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。
GPS主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。
(1)GPS空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道平面的傾角為55°，衛(wèi)星的平均高度為20200 km，運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。衛(wèi)星用L波段的兩個(gè)無(wú)線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)，導(dǎo)航定位信號(hào)中含有衛(wèi)星的位置信息，使衛(wèi)星成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的已知點(diǎn)。在地球的任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻，在高度角15°以上，平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)到9顆。
(2)GPS地面監(jiān)控站主要由分布在全球的一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)測(cè)站對(duì)GPS衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。
(3)GPS用戶設(shè)備由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備等組成。GPS接收機(jī)可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，通過連續(xù)跟蹤衛(wèi)星的運(yùn)行，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行交換、放大和處理，利用L1和L2載波相位觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，采用載波相位測(cè)量局域差分法，在接收機(jī)之間求一次差，在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)歷元之間求二次差，通過兩次差分計(jì)算解算出待定基線的長(zhǎng)度，求解整周模糊度，再通過計(jì)算機(jī)和相應(yīng)軟件，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出GPS接收機(jī)測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2、GPS 快速靜態(tài)測(cè)量法
GPS 快速靜態(tài)測(cè)量法在檢測(cè)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)大約需要10到20 分鐘左右，有時(shí)甚至花費(fèi)的更少的時(shí)間就能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。能夠滿足了工程對(duì)測(cè)量精度的要求。在一般情況下，GPS快速靜態(tài)測(cè)量法主要分為兩種方式，一是設(shè)置一個(gè)固定的參考站，二是設(shè)置兩個(gè)參考站，如果設(shè)置一個(gè)參考站只需要兩臺(tái)儀器設(shè)備就可以測(cè)量，這種測(cè)量的速度相對(duì)比較快，但同時(shí)也存在較大的誤差，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不精確;如果設(shè)置兩個(gè)參考站，則至少需要三臺(tái)儀器設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，雖然測(cè)量的速度相對(duì)比較慢，但是測(cè)量的結(jié)果的精確度比較高，所以一般使用設(shè)置兩個(gè)基站的方法進(jìn)行測(cè)量。
3. GPS技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的具體應(yīng)用
3.1 GPS點(diǎn)位選取
GPS技術(shù)具有很強(qiáng)的靈活性，對(duì)于每個(gè)測(cè)試點(diǎn)是否具有通視沒有硬性要求，同時(shí)其圖形結(jié)構(gòu)比較靈活，比較適合在山區(qū)開展地質(zhì)勘查測(cè)量工作。但是，由于GPS技術(shù)自身的特征，為了保證后續(xù)工作能夠順利地進(jìn)行，在野外開展選點(diǎn)工作時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：一是在進(jìn)行選點(diǎn)工作時(shí)，盡量避開大面積的水面，主要是因?yàn)榇竺娣e的水面容易產(chǎn)生多路徑相應(yīng)，為測(cè)量工作的準(zhǔn)確性增加了難度;二是在選點(diǎn)時(shí)需要注意，觀測(cè)點(diǎn)的周圍高度角在15度以上的范圍之內(nèi)不能有障礙物，如果周圍存在障礙物，不利于信號(hào)的準(zhǔn)確接收;三是在進(jìn)行選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該盡可能地避開高壓線以及無(wú)線電發(fā)射源等高磁場(chǎng)設(shè)備，觀測(cè)點(diǎn)位距無(wú)線電發(fā)射源在400m以上、距高壓線200m以上，這樣有助于減少電磁場(chǎng)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的干擾。同時(shí)，在選擇觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先選擇交通便利、視野開闊且地基較穩(wěn)固的位置，這樣能夠很好地保存測(cè)點(diǎn)，即有利于觀測(cè)，又有利于其他測(cè)量手段擴(kuò)展聯(lián)測(cè)。
為了更準(zhǔn)確地標(biāo)注選點(diǎn)的位置，要在點(diǎn)位上埋設(shè)標(biāo)石。標(biāo)石要高出地面，但不要埋的太淺，在裸露出來的標(biāo)石面清楚標(biāo)明記號(hào)，以利于開展長(zhǎng)期觀測(cè)工作。對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行分區(qū)測(cè)量時(shí)，應(yīng)該預(yù)定哪個(gè)是第一區(qū)，哪個(gè)是第二區(qū)，有序地進(jìn)行工作。這樣一來可以更好地調(diào)配人力物力，加快測(cè)量速度，減少經(jīng)費(fèi)開支。
3.2觀測(cè)模式選擇
快速靜態(tài)定位模式是地質(zhì)測(cè)量中比較常用的方法。首先要對(duì)測(cè)區(qū)的衛(wèi)星狀況進(jìn)行測(cè)試，其做法是在測(cè)區(qū)的中部選取兩個(gè)GPS點(diǎn)，在這兩個(gè)GPS點(diǎn)上安裝接收機(jī)對(duì)所有可見衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，在測(cè)試時(shí)間內(nèi)至少要有四顆可見衛(wèi)星在觀測(cè)，并且不能間斷。
3.3儀器檢測(cè)準(zhǔn)備
在觀測(cè)前應(yīng)該對(duì)儀器進(jìn)行短基線檢測(cè)，檢測(cè)可再平坦的地面進(jìn)行，在地上量出變長(zhǎng)3m的等邊三角形，將三臺(tái)GPS接收機(jī)分別置于三個(gè)角上，進(jìn)行60min時(shí)間數(shù)據(jù)接收，確定儀器合格。出測(cè)前要制定具體作業(yè)計(jì)劃，選擇作業(yè)路線，開機(jī)時(shí)間，用移動(dòng)電話或?qū)χv機(jī)聯(lián)絡(luò)。整個(gè)觀測(cè)過程中，對(duì)儀器操作嚴(yán)格按要求進(jìn)行，接收機(jī)天線位置應(yīng)該相對(duì)靜止，保證多臺(tái)儀器設(shè)備同時(shí)開啟。
3.4GPS數(shù)據(jù)采集
GPS外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，對(duì)提高整個(gè)GPS網(wǎng)的成果精度，起決定性作用。(1)調(diào)度。合理按排觀測(cè)時(shí)間，觀測(cè)時(shí)段的安排最好避開中午11點(diǎn)至13點(diǎn)的時(shí)間段。時(shí)段安排后，填寫計(jì)劃時(shí)段表，并明確指示測(cè)量員測(cè)站行程，最好采用邊連式的方法按排觀測(cè)順序。(2)觀測(cè)。在需觀測(cè)的點(diǎn)上架設(shè)儀器，進(jìn)行儀器的整平、對(duì)中及開機(jī)。通常要注意的是：在整平及對(duì)中過程中，先不要將GPS天線盤架在腳架上，僅架上基座即可。光學(xué)對(duì)中因儀器高及個(gè)人視力不同，而有不同的焦聚，所以在對(duì)中之前應(yīng)該要調(diào)整到最適合的焦聚，避免對(duì)中上有像差的發(fā)生。GPS天線盤安裝好之后，將天線盤的指示方向指向北方，量測(cè)三個(gè)方向上的GPS天線盤高(北方、東南及西南)并記錄下來。把各種部件固定好后開機(jī)。(3)記錄。手簿是數(shù)據(jù)下載及內(nèi)業(yè)計(jì)算最重要的信息記錄，外業(yè)觀測(cè)的過程都必須要經(jīng)由手簿的記載來完成，因此手簿數(shù)據(jù)的記載務(wù)必要求正確、詳盡。注意正確記載點(diǎn)名、點(diǎn)號(hào)、序號(hào)、儀器編號(hào)、天線高度、開關(guān)機(jī)時(shí)間等。(4)意外狀況處理。擺設(shè)GPS人員盡可能留在儀器旁邊，不要讓儀器離開視線范圍，十分鐘左右需查看一次，注意數(shù)據(jù)有無(wú)持續(xù)接收、電池剩余電量等。注意事項(xiàng)：任何意外造成儀器對(duì)中、整平的移動(dòng)甚至傾倒，則應(yīng)立即關(guān)機(jī)重新架設(shè)，并在手簿上記錄關(guān)機(jī)及開機(jī)時(shí)間;若意外斷電，換上新電池，重新開機(jī)，記錄斷電及重開機(jī)時(shí)間。每次重新開機(jī)后都需重新按《規(guī)定》觀測(cè)相應(yīng)長(zhǎng)的時(shí)間段。
3.5內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
資料下載
GPS外業(yè)觀測(cè)采集的數(shù)據(jù)須經(jīng)由傳輸線與電腦連接下載或經(jīng)由記憶磁卡傳輸至計(jì)算機(jī)中，將所有接收機(jī)數(shù)據(jù)下載完后，進(jìn)行資料檢核，按當(dāng)日計(jì)劃時(shí)段表核對(duì)手簿上各時(shí)段之點(diǎn)號(hào)是否相符，觀測(cè)時(shí)段是否相符，天線高是否正確，有不符者要及時(shí)找出原因，有遺漏則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充、改正。
基線解算
按指定的數(shù)據(jù)類型錄入GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)后，軟件會(huì)自動(dòng)分析點(diǎn)位上采集到的數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)系，并生成靜態(tài)基線，基線處理的過程可分為如下幾個(gè)主要部分：(1)設(shè)定基線解算的控制參數(shù)。主要包括數(shù)據(jù)采樣間隔、截止角、參考衛(wèi)星、基線導(dǎo)入規(guī)則及其電離層和解算模型的設(shè)置等。(2)外業(yè)輸入數(shù)據(jù)的檢查與修改。在錄入了外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)后，基線解算之前，需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查。檢查的項(xiàng)目包括測(cè)站名、點(diǎn)號(hào)、測(cè)站概略坐標(biāo)、天線高等，對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行檢查的目的是為了避免外業(yè)操作時(shí)的誤操作。(3)基線解算�；�解算的過程一般是自動(dòng)進(jìn)行的，無(wú)需人工干預(yù)。一般說來，在足夠長(zhǎng)的同步觀測(cè)時(shí)間和得到足夠多的觀測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，在整周模糊度得到正確的固定后，進(jìn)行雙差固定解算，雙差固定解的精度最高。(4)基線質(zhì)量的檢驗(yàn)�；�解算完畢后，基線結(jié)果并不能馬上用于后續(xù)的處理，還必須對(duì)基線的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)�；�的質(zhì)量檢驗(yàn)需要通過RATIO、RDOP、RMS、同步環(huán)閉和差、異步環(huán)閉和差和重復(fù)基線較差來進(jìn)行。只有質(zhì)量合格的基線才能用于后續(xù)的網(wǎng)平差處理，如果不合格則需要對(duì)基線進(jìn)行重新解算或重新觀測(cè)。
GPS網(wǎng)平差。
網(wǎng)平差就是在基線向量處理后，通常需要將基線向量的成果轉(zhuǎn)化成用戶需要的國(guó)家坐標(biāo)或地方坐標(biāo)。GPS網(wǎng)平差的主要步驟：(1)各項(xiàng)平差參數(shù)的設(shè)定。包括坐標(biāo)系中央子午線、X和Y方向的加常數(shù)設(shè)定、三維平差、二維平差、水準(zhǔn)高程擬合參數(shù)的設(shè)定。(2)已知坐標(biāo)的輸入。在進(jìn)行了網(wǎng)平差的設(shè)置后，選擇已知控制點(diǎn)，并輸入該已知點(diǎn)的固定方式及固定坐標(biāo)值。輸入完成后，勾選約束選項(xiàng)。(3)自由網(wǎng)平差。軟件將自動(dòng)進(jìn)行自由網(wǎng)平差。自由網(wǎng)平差主要顯示所有參與自由網(wǎng)平差的基線向量的改正數(shù)、平差值以及X、Y、Z三個(gè)方向及點(diǎn)位中誤差等信息，同時(shí)自由網(wǎng)平差也可再次對(duì)基線解算的質(zhì)量等進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于自由網(wǎng)中不合格的靜態(tài)基線，可以禁止它參與網(wǎng)平差，如該基線是不能刪除的、或在基線網(wǎng)中非常重要，則需要重新解算，必要時(shí)需重新進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)。(4)二維約束平差。在自由網(wǎng)平差的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行二維約束平差，以便得到我們所需要的國(guó)家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系下的GPS網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。進(jìn)行二維約束平差，至少對(duì)一個(gè)在基線向量網(wǎng)中的觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行X、Y(北向、東向)約束。(5)水準(zhǔn)高程擬合。在網(wǎng)平差設(shè)置中選擇水準(zhǔn)擬合，至少對(duì)一個(gè)在基線向量網(wǎng)中的觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行B、L、H 或X、Y、H 中的水準(zhǔn)高程進(jìn)行約束。(6)網(wǎng)平差結(jié)果的檢驗(yàn)。在網(wǎng)平差結(jié)束后，應(yīng)對(duì)網(wǎng)平差結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，網(wǎng)平差的檢驗(yàn)主要通過改正數(shù)、中誤差以及相應(yīng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果等項(xiàng)來評(píng)價(jià)。各項(xiàng)檢驗(yàn)都通過后就可以導(dǎo)出網(wǎng)平差報(bào)告。
在地質(zhì)測(cè)量的實(shí)踐中，多次證明了GPS 快速靜態(tài)測(cè)量成果精度高、誤差分布均勻，因其圖形強(qiáng)度系數(shù)高，不但能夠滿足《規(guī)范》要求，而且具有較大的精度儲(chǔ)備。
4.總結(jié)語(yǔ)
綜上所述，加強(qiáng)GPS技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量方面的廣泛應(yīng)用，有助于縮短地質(zhì)勘測(cè)工作的作業(yè)時(shí)間，降低勞動(dòng)的難度和誤差，增加勘測(cè)工作的精確性和工作效率,同時(shí)也能夠充分地挖掘?qū)I(yè)人員從事地質(zhì)測(cè)量工作的發(fā)展?jié)摿Γ瑥亩苿?dòng)地質(zhì)勘查事業(yè)的不斷發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，GPS技術(shù)的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)傳輸能力也會(huì)進(jìn)一步提高。
參考文獻(xiàn)
[1] 武廷江. 公路測(cè)量中RTK-GPS技術(shù)的應(yīng)用[J].公路,2012.11(33):128-129
[2] 江從喜. 淺談鐵路領(lǐng)域中GPS技術(shù)的應(yīng)用與價(jià)值[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)(學(xué)術(shù)版),2013.12(31):190-191
[3] 袁同增. 試析工程測(cè)繪中GPS技術(shù)的應(yīng)用和改進(jìn)[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊,2012.11(22):109-110
