淺談全球定位系統（GPS）在地質勘察工程測量中的應用

【摘 要】全球定位系統（GPS）以全天候、高精度、自動化、高效率等優點，已廣泛應用于水利工程、路橋工程、地殼運動及形變、土木工程等各個領域。近幾年，隨著地勘事業的突飛猛進，全球定位系統（GPS）在地質勘察工程測量中得到廣泛的應用，它已成為地質勘察工程測量中不可缺少的測量技術。

【關鍵詞】全球定位系統（GPS）；地質勘察；工程測量；應用

1.全球定位系統（GPS）的組成

該系統是由美國軍方研發的衛星導航系統，能為用戶提供三維坐標、速度和時間，對常規測量而言，主要采用GPS的相對測地定位功能，即只獲取地面點的三維坐標。GPS全球定位系統由空間衛星群、地面監控系統、用戶三部分組成。

1.1空間衛星群

GPS的空間衛星群由24顆高度約為2萬公里的衛星組成，其中21顆工作，3顆備用，地面上任何時間，任何地點均可同時接收4顆以上衛星發送的信號。

1.2地面監控系統

GPS的地面控制系統包括主控站、上行注入站和監控站。主控站的主要任務收集各監控站對GPS衛星的全部觀測數據，利用這些數據計算每星的軌道和衛星鐘改正值，依次外推一天以上的衛星星歷及鐘差。監控站的主要任務是取得衛星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。上行注入站的任務主要是在每顆衛星運行至上空時將導航數據和主控站的指令注入到衛星。

1.3用戶部分

即地面接收系統，由GPS接收機及數據處理設備構成，其作用是通過接收衛星發來的信號，確定地面點的三維坐標。

2.GPS定位技術的特點

2.1定位精度高

GPS測量相對定位精度在50km以內時可達1×10-6，且隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。

2.2測站之間無需通視

常規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，這就使得選點更加靈活方便，只須保持測站上空開闊，并遠離衛星信號干擾源即可。

2.3提供三維坐標

GPS測量不僅在精確測定觀測站平面位置的同時，還可以測定測站點的大地高程。

2.4觀測時間短

GPS測量在20km以內相對靜態定位的觀測時間僅需20分鐘左右，快速相對定位一般只需5分鐘觀測時間即可。

2.5操作簡便

GPS測量的自動化程度高，在觀測中測量員的主要任務是安裝并開關GPS接收機、輸入測站點號、量取儀器高并輸入儀器中、監視儀器的工作狀態，而其它工作均由GPS接收機自動完成。

2.6全天候作業

GPS觀測可在任何地點，任何時間連續地進行，一般不受天氣狀況的影響。

3.地質勘察工程測量的主要工作內容及常規測量方法

3.1地質勘察工程測量的主要工作內容

地質勘察工程測量的主要工作包括：建立礦區控制網、勘探網測設、勘探坑道測量、工程點定位測量、礦區地形圖的測繪等。

3.2地質勘察常規測量方法

3.2.1礦區控制網的布設方法

礦區控制網的布設方法主要有三角網、線型鎖、附和導線。主要采用儀器是經緯儀配合測距儀、全站儀等。這就需要點與點之間通視，須清除視線上的障礙物或頻繁搬站。如果采用假定坐標系，還須與國家等級控制點進行聯測，若國家控制點遠離測區，那么聯測的工作量可想而知。所以采用常規測量方法進行礦區控制網的布設不但費力、費時，而且工作強度大、效率低。

3.2.2礦區地形圖的測繪

礦區地形測量的方法主要有：經緯儀配合分度規測圖、全站儀數字化測圖等。

3.2.3勘探網測設

勘探網中基線的測設主要采用經緯儀配測距儀測設和全站儀測設；根據基線點采用經緯儀視距法、經緯儀配合鋼尺法放樣測線。

3.2.4工程點定位測量

地質勘探施工中，許多工程竣工后需要進行工程點定位測量，如鉆孔、探槽、斜井、立井等均須測量其三維坐標。在沒有測距儀和全站儀時，采用方向交會法、極坐標法（經緯儀定向鋼尺量距）；有測距儀和全站儀時，多采用極坐標法施測。

4.GPS在地質勘查工程測量中的應用

4.1利用GPS靜態測量模式建立礦區控制網

礦區控制網要求在國家等級控制網的基礎上，建立三、四等或等外控制網，具體等級根據地質勘查工程的需要來確定。用GPS靜態測量技術建網時，應在測繪管理部門收集2-3個國家控制點，作為礦區控制網的起算數據。目前地質勘察工程作業區面積多數在10-30㎞2，那么我們只需在測區選6-8個點（地勢開闊、高度角15°內無遮擋物），以點連式或邊連式構成GPS控制網，采用4臺或5臺GPS接收機進行同步觀測，將觀測數據導入隨機軟件中解算即可求得GPS控制點的三維坐標。與以往采用常規測量施測的礦區控制網相比，利用GPS的靜態測量方式建立的礦區控制網，不僅精度高、省時、省力，而且降低成本、工作效率成倍提高。

4.2利用GPS動態測量（RTK）技術進行地形圖測量

在植被稀少或植被不高的礦區，可采用RTK進行地形測量。首先將基準站架設在礦區最高點上，設置好基準站，利用已有3個礦區控制點解求七參數，并用其它控制點檢驗參數是否正確，將求得的七參數輸入到其他幾臺移動站中，然后即可利用移動站進行碎部點數據采集。在植被茂密的礦區，可利用RTK加密圖根點。

4.3利用GPS動態測量（RTK）技術進行勘探基線、測線布設

地質勘察工程勘探基線、測線若采用RTK來布設，時間宜選在四月份，因為這時樹葉剛發芽，山上遮擋物少，有利于RTK作業。在工作任務多、工期緊的情況下，選擇好作業時間采用RTK布設基線、測線可以提高野外工作效率。

4.4利用GPS動態測量（RTK）技術進行工程點定位測量

地質勘察工程的工程點定位測量，一般均在十月下旬至十一月中旬，這時工程施工已結束，樹葉已落遮擋物少了，用RTK施測工程點不僅速度快而且比常規測量精度高。

5.結束語

雖然地質勘察工程多在山區，樹木茂密，影響GPS接收機接收衛星信號，但靜態GPS可以進行礦區控制網布設，RTK測量技術因時、因地也可進行地形測量、勘探基線布設、工程點定位測量等，總之，只要將各種GPS測量技術充分運用到生產實踐中，并與常規測量方法密切配合，不但可以節省人力、財力、物力、縮短工期，還可以大大提高工程的質量和精度。

【參考文獻】

[1]張勤，李家權.GPS測量原理與應用[M].北京：科學出版社，2005.

[2]孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎.武漢：武漢大學出版社，2001.

[3]黃聲享，郭英起，易慶林.GPS在測量工程中的應用.北京：測繪出版社，2007.7.

[4]陳龍飛，金其坤.工程測量[M].上海：同濟大學出版社，1990.