發布時間：2014-08-12所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：近年來，GPS技術在地質礦產勘查中對各類勘查工程控制網的布設和直接放樣、定測各類地質勘查工程點的作用，也越來越被人們所重視。地質測量大多在地形復雜的山區進行，如用傳統的測量方法需要大量的人力、物力，作業周期長，用GPS結合全站儀在地質測量
摘要：近年來，GPS技術在地質礦產勘查中對各類勘查工程控制網的布設和直接放樣、定測各類地質勘查工程點的作用，也越來越被人們所重視。地質測量大多在地形復雜的山區進行，如用傳統的測量方法需要大量的人力、物力，作業周期長，用GPS結合全站儀在地質測量中應用就能取到事半功倍的作用，充分顯示了衛星定位技術的無需通視、速度快、精度高等特點，具有明顯的經濟和社會效益。
關鍵詞：地質測量,GPS技術,基本原理,應用
1、GPS定位技術基本原理
GPS測量通過接收衛星發射的信號并進行數據處理，從而求得待定點的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。
GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。
(1)GPS空間衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道平面的傾角為55°，衛星的平均高度為20200 km，運行周期為11小時58分。衛星用L波段的兩個無線電載波向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號，導航定位信號中含有衛星的位置信息，使衛星成為一個動態的已知點。在地球的任何地點、任何時刻，在高度角15°以上，平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達到9顆。
(2)GPS地面監控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監測站組成。主控站根據各監測站對GPS衛星的觀測數據，計算各衛星的軌道參數、鐘差參數等，并將這些數據編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站將主控站發來的導航電文注入到相應衛星的存儲器中。
(3)GPS用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及其終端設備等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，通過連續跟蹤衛星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，利用L1和L2載波相位觀測值實現高精度測量，采用載波相位測量局域差分法，在接收機之間求一次差，在接收機和衛星觀測歷元之間求二次差，通過兩次差分計算解算出待定基線的長度，求解整周模糊度，再通過計算機和相應軟件，經基線解算、網平差，求出GPS接收機測站點的三維坐標。
2、GPS 快速靜態測量法
GPS 快速靜態測量法在檢測每個觀測點時大約需要10到20 分鐘左右，有時甚至花費的更少的時間就能得到準確的結果。能夠滿足了工程對測量精度的要求。在一般情況下，GPS快速靜態測量法主要分為兩種方式，一是設置一個固定的參考站，二是設置兩個參考站，如果設置一個參考站只需要兩臺儀器設備就可以測量，這種測量的速度相對比較快，但同時也存在較大的誤差，導致測量結果不精確;如果設置兩個參考站，則至少需要三臺儀器設備進行測量，雖然測量的速度相對比較慢，但是測量的結果的精確度比較高，所以一般使用設置兩個基站的方法進行測量。
3. GPS技術在地質測量中的具體應用
3.1 GPS點位選取
GPS技術具有很強的靈活性，對于每個測試點是否具有通視沒有硬性要求，同時其圖形結構比較靈活，比較適合在山區開展地質勘查測量工作。但是，由于GPS技術自身的特征，為了保證后續工作能夠順利地進行，在野外開展選點工作時，需要注意以下幾點：一是在進行選點工作時，盡量避開大面積的水面，主要是因為大面積的水面容易產生多路徑相應，為測量工作的準確性增加了難度;二是在選點時需要注意，觀測點的周圍高度角在15度以上的范圍之內不能有障礙物，如果周圍存在障礙物，不利于信號的準確接收;三是在進行選點時，應該盡可能地避開高壓線以及無線電發射源等高磁場設備，觀測點位距無線電發射源在400m以上、距高壓線200m以上，這樣有助于減少電磁場對檢測信號的干擾。同時，在選擇觀測點時，應該優先選擇交通便利、視野開闊且地基較穩固的位置，這樣能夠很好地保存測點，即有利于觀測，又有利于其他測量手段擴展聯測。
為了更準確地標注選點的位置，要在點位上埋設標石。標石要高出地面，但不要埋的太淺，在裸露出來的標石面清楚標明記號，以利于開展長期觀測工作。對測區進行分區測量時，應該預定哪個是第一區，哪個是第二區，有序地進行工作。這樣一來可以更好地調配人力物力，加快測量速度，減少經費開支。
3.2觀測模式選擇
快速靜態定位模式是地質測量中比較常用的方法。首先要對測區的衛星狀況進行測試，其做法是在測區的中部選取兩個GPS點，在這兩個GPS點上安裝接收機對所有可見衛星進行跟蹤，在測試時間內至少要有四顆可見衛星在觀測，并且不能間斷。
3.3儀器檢測準備
在觀測前應該對儀器進行短基線檢測，檢測可再平坦的地面進行，在地上量出變長3m的等邊三角形，將三臺GPS接收機分別置于三個角上，進行60min時間數據接收，確定儀器合格。出測前要制定具體作業計劃，選擇作業路線，開機時間，用移動電話或對講機聯絡。整個觀測過程中，對儀器操作嚴格按要求進行，接收機天線位置應該相對靜止，保證多臺儀器設備同時開啟。
3.4GPS數據采集
GPS外業觀測數據的質量，對提高整個GPS網的成果精度，起決定性作用。(1)調度。合理按排觀測時間，觀測時段的安排最好避開中午11點至13點的時間段。時段安排后，填寫計劃時段表，并明確指示測量員測站行程，最好采用邊連式的方法按排觀測順序。(2)觀測。在需觀測的點上架設儀器，進行儀器的整平、對中及開機。通常要注意的是：在整平及對中過程中，先不要將GPS天線盤架在腳架上，僅架上基座即可。光學對中因儀器高及個人視力不同，而有不同的焦聚，所以在對中之前應該要調整到最適合的焦聚，避免對中上有像差的發生。GPS天線盤安裝好之后，將天線盤的指示方向指向北方，量測三個方向上的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。(3)記錄。手簿是數據下載及內業計算最重要的信息記錄，外業觀測的過程都必須要經由手簿的記載來完成，因此手簿數據的記載務必要求正確、詳盡。注意正確記載點名、點號、序號、儀器編號、天線高度、開關機時間等。(4)意外狀況處理。擺設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，注意數據有無持續接收、電池剩余電量等。注意事項：任何意外造成儀器對中、整平的移動甚至傾倒，則應立即關機重新架設，并在手簿上記錄關機及開機時間;若意外斷電，換上新電池，重新開機，記錄斷電及重開機時間。每次重新開機后都需重新按《規定》觀測相應長的時間段。
3.5內業數據處理
資料下載
GPS外業觀測采集的數據須經由傳輸線與電腦連接下載或經由記憶磁卡傳輸至計算機中，將所有接收機數據下載完后，進行資料檢核，按當日計劃時段表核對手簿上各時段之點號是否相符，觀測時段是否相符，天線高是否正確，有不符者要及時找出原因，有遺漏則應及時補充、改正。
基線解算
按指定的數據類型錄入GPS觀測數據后，軟件會自動分析點位上采集到的數據的內在關系，并生成靜態基線，基線處理的過程可分為如下幾個主要部分：(1)設定基線解算的控制參數。主要包括數據采樣間隔、截止角、參考衛星、基線導入規則及其電離層和解算模型的設置等。(2)外業輸入數據的檢查與修改。在錄入了外業觀測數據后，基線解算之前，需要對觀測數據進行必要的檢查。檢查的項目包括測站名、點號、測站概略坐標、天線高等，對這些項目進行檢查的目的是為了避免外業操作時的誤操作。(3)基線解算。基線解算的過程一般是自動進行的，無需人工干預。一般說來，在足夠長的同步觀測時間和得到足夠多的觀測數據的情況下，在整周模糊度得到正確的固定后，進行雙差固定解算，雙差固定解的精度最高。(4)基線質量的檢驗。基線解算完畢后，基線結果并不能馬上用于后續的處理，還必須對基線的質量進行檢驗。基線的質量檢驗需要通過RATIO、RDOP、RMS、同步環閉和差、異步環閉和差和重復基線較差來進行。只有質量合格的基線才能用于后續的網平差處理，如果不合格則需要對基線進行重新解算或重新觀測。
GPS網平差。
網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化成用戶需要的國家坐標或地方坐標。GPS網平差的主要步驟：(1)各項平差參數的設定。包括坐標系中央子午線、X和Y方向的加常數設定、三維平差、二維平差、水準高程擬合參數的設定。(2)已知坐標的輸入。在進行了網平差的設置后，選擇已知控制點，并輸入該已知點的固定方式及固定坐標值。輸入完成后，勾選約束選項。(3)自由網平差。軟件將自動進行自由網平差。自由網平差主要顯示所有參與自由網平差的基線向量的改正數、平差值以及X、Y、Z三個方向及點位中誤差等信息，同時自由網平差也可再次對基線解算的質量等進行檢驗。對于自由網中不合格的靜態基線，可以禁止它參與網平差，如該基線是不能刪除的、或在基線網中非常重要，則需要重新解算，必要時需重新進行外業觀測。(4)二維約束平差。在自由網平差的基礎上，可以進行二維約束平差，以便得到我們所需要的國家坐標系或地方坐標系下的GPS網點的平面坐標。進行二維約束平差，至少對一個在基線向量網中的觀測站點進行X、Y(北向、東向)約束。(5)水準高程擬合。在網平差設置中選擇水準擬合，至少對一個在基線向量網中的觀測站點進行B、L、H 或X、Y、H 中的水準高程進行約束。(6)網平差結果的檢驗。在網平差結束后，應對網平差結果進行檢驗，網平差的檢驗主要通過改正數、中誤差以及相應的數理統計檢驗結果等項來評價。各項檢驗都通過后就可以導出網平差報告。
在地質測量的實踐中，多次證明了GPS 快速靜態測量成果精度高、誤差分布均勻，因其圖形強度系數高，不但能夠滿足《規范》要求，而且具有較大的精度儲備。
4.總結語
綜上所述，加強GPS技術在地質測量方面的廣泛應用，有助于縮短地質勘測工作的作業時間，降低勞動的難度和誤差，增加勘測工作的精確性和工作效率,同時也能夠充分地挖掘專業人員從事地質測量工作的發展潛力，從而推動地質勘查事業的不斷發展。隨著科學技術的不斷發展與進步，GPS技術的穩定性以及數據傳輸能力也會進一步提高。
參考文獻
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