GPS快速靜態(tài)定位方法在地質(zhì)測繪項目中的實施及精度探討

王東亮

(黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊，黑龍江 雞西 158100)

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GPS快速靜態(tài)定位方法在地質(zhì)測繪項目中的實施及精度探討

王東亮

(黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊，黑龍江 雞西 158100)

摘要：文中介紹了GPS快速靜態(tài)定位方法的基本原理，主要技術(shù)特征優(yōu)勢及在地質(zhì)測繪方面的主要應(yīng)用。通過實例闡述了GPS快速靜態(tài)定位功能在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用，分析了GPS快速靜態(tài)定位在實例中的精度問題。

關(guān)鍵詞：GPS快速靜態(tài)定位；精度；地質(zhì)測繪

0引言

目前，GPS定位技術(shù)已廣泛用于大地測量和工程測量的各個領(lǐng)域，特別是近幾年來，隨著由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的加入，國產(chǎn)GPS廠家及銷售公司的增多，GPS接收機價格得到了大幅的下降，GPS接收機在各個測繪單位得到了大量的普及和應(yīng)用，而GPS技術(shù)在地質(zhì)測繪中以較大的優(yōu)勢基本替代了傳統(tǒng)測量方法，尤其是對低等級的控制測量及測量一些對精度有一定要求的地質(zhì)點、工程點、鉆孔、槽探位置等，GPS快速靜態(tài)定位都得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了較高精度。

1GPS快速靜態(tài)定位在GPS測量模式中的優(yōu)越性

近年來隨著GPS定位技術(shù)在測繪行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，地勘行業(yè)測繪工作現(xiàn)在也廣泛的應(yīng)用了GPS技術(shù)進行測量，在GPS接收機中，GPS的測量模式，一般分類都是分為，靜態(tài)測量模式跟動態(tài)測量模式。靜態(tài)測量模式以其高精度獲得廣泛應(yīng)用，其觀測時間一般需要1 h左右，甚至更長時間。動態(tài)測量模式其精度較低，尤其是在測量環(huán)境較困難的地區(qū)對坐標(biāo)的影響較大，它在1~2 min之間的短時間內(nèi)即可觀測，但容易出現(xiàn)偶然誤差，在觀測條件較困難地區(qū)高程精度更加無法等到保證。動態(tài)測量對測量環(huán)境要求較嚴(yán)，對我們地質(zhì)測繪有一定局限性，我們地質(zhì)勘探經(jīng)常在深山密林中經(jīng)常信號差無固定解，影響我們的使用。還有就是動態(tài)模式測量范圍也只能在一個較小區(qū)域內(nèi)，不適合我們大面積勘探區(qū)的應(yīng)用。而在地質(zhì)測繪里,我們在低等級的控制測量和工程點位測量中,就經(jīng)常使用快速靜態(tài)定位方法進行測量。特別是對大量的地質(zhì)點位，工程點位，鉆孔位置等對點位及高程精度有一定要求的點位測量中我們既節(jié)省工作時間，提高效率，又想達到精度的要求。

2GPS快速靜態(tài)定位的基本原理

GPS測量能夠準(zhǔn)確定位的前提，就是需要正確地確定整周未知數(shù)(模糊度或模糊值)。在靜態(tài)GPS測量中，之所以要觀測較長的時間，其主要目的就是為了能正確確定模糊度，也就是說，GPS定位所需的時間就是正確確定模糊度所需的時間。因此，快速解算確定模糊度就成了提高GPS測量作業(yè)效率，加快定位速度的關(guān)鍵。常用方法有多種，我們地質(zhì)測繪中經(jīng)常使用的是兩次設(shè)站法，即：在短基線的靜態(tài)定位中要觀測較長時間，主要原因是在較長時間內(nèi)衛(wèi)星的幾何圖形有較大的變化，致使法方程式有較好的狀態(tài)參數(shù)，因而能正確確定模糊度和基線向量。實施兩次設(shè)站法，只需在每個待定點上觀測幾分鐘時間，經(jīng)過1~2 h后再依次在每個待定點上觀測幾分鐘，在兩次觀測間隙期內(nèi)無需保持對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測。兩組數(shù)據(jù)合起來，就可以成功地確定模糊度。

3工程實例及分析

3.1測區(qū)概況

永安一區(qū)煤炭詳查區(qū)位于黑龍江省雞東縣永安鎮(zhèn)境內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬黑龍江省雞西市雞東縣永安鎮(zhèn)管轄。其地理坐標(biāo)為：東經(jīng)131°16′15″～131°32′30″；北緯45°17′15″～45°24′00″。勘查面積30 km2，勘查深度為垂深1 200 m以淺。勘查區(qū)位于雞西盆地北部拗陷的東北部，地形地貌以低山～丘陵為主。勘查區(qū)北部靠近盆地基底，南部有平麻斷裂(F1)通過。勘查區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向SWW～NE向不對稱的復(fù)向斜構(gòu)造。向斜北翼地層傾角緩，南翼地層傾角陡。主向斜南北兩側(cè)各有一個次級小背斜，被幾個不同方向的斷層所切割。礦區(qū)交通方便，有雞虎公路至勘探區(qū)內(nèi)，公路里程20 km。勘探區(qū)地形復(fù)雜，有大鍋盔山、小鍋盔山、民主南山等丘陵、低山。地面起伏多，平坦地區(qū)是大片水田地覆蓋，丘陵地區(qū)為林區(qū)區(qū)段。

3.2控制點靜態(tài)測量及快速靜態(tài)測量不同時長解算誤差比較

測區(qū)內(nèi)及周邊有國家三角點六個，分別為發(fā)展村西Ⅱ，尖山子Ⅲ，東海村東Ⅲ，永政村Ⅲ，永寧南山Ⅱ，小鍋盔山Ⅱ。測區(qū)控制網(wǎng)平面采用1980年國家大地坐標(biāo)系，按3°分帶，中央子午線132°。測區(qū)高程采用1985年國家高程基準(zhǔn)。本次工作利用發(fā)展村西Ⅱ和永寧南山Ⅱ兩個國家三角點進行控制測量，以上各點標(biāo)石保存完好可供利用。本測區(qū)控制測量利用發(fā)展村西和永寧南山為起算點進行坐標(biāo)聯(lián)測，共測設(shè)(GPS)工程控制點12個。控制面積10 km2。測量地質(zhì)工程點位19個。

下面是我們通過對該工程項目周圍進行實地踏勘、選點、布網(wǎng)、野外數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)平差處理的成果以及對成果的分析。在對GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)型設(shè)計的研究中，這里對比較常見的點連式、邊連式和邊點混連式這三種形式進行分析研究。這次數(shù)據(jù)采集用的是拓撲康的三臺套的靜態(tài)GPS接收機，采用三角形形式進行觀測，每站的觀測時間為90 min，采樣間隔為15 s，高度角為15°，測區(qū)情況基本達到要求，有效衛(wèi)星數(shù)、PDOP值均達到觀測要求。數(shù)據(jù)處理時以A005點為已知點。使用的是拓撲康的pinnacle平差軟件。控制網(wǎng)圖如圖1所示，采用邊點混連式連網(wǎng)方法對其觀測成果進行解算，閉合環(huán)最大節(jié)點數(shù)3；閉合環(huán)總數(shù)12；同步環(huán)總數(shù)7；異步環(huán)總數(shù)5。

靜態(tài)測量平差后各點坐標(biāo)和點位精度表1。

表1　數(shù)據(jù)參數(shù)

續(xù)表1

點名X坐標(biāo)Y坐標(biāo)rms/mmdx/mmdy/mmA00410314.20420000.0000.0000.0000.000A00510000.00020000.0000.0000.0000.000A0069872.06420267.5770.3531.9471.323A00710095.04220476.3780.8712.4601.480A00810319.38020566.6700.9911.5801.211A00910636.28420506.2870.4561.1160.935A01010427.73920458.3320.6791.3211.036A01110217.01520369.1870.5952.0771.556A01210498.84920259.2170.4612.0351.384

圖1　控制網(wǎng)圖

為了檢驗GPS快速定位測量的效果，基線處理時分別取前25、20、10、 5min的觀測數(shù)據(jù)，采用拓撲康的pinnacle平差軟件對數(shù)據(jù)進行了時段拆分及解算，各種時長平差結(jié)果見表2。

表2　不同時長段觀測方案的平差結(jié)果

3.3數(shù)據(jù)成果誤差分析及應(yīng)用推廣

GPS網(wǎng)采用邊點混連式網(wǎng)，接收的觀測數(shù)據(jù)使用拓撲康的pinnacle平差軟件對各組數(shù)據(jù)進行基線處理后，基線結(jié)果全部符合要求，基線的單位權(quán)觀測值中誤差(rms)的限值均未超限。由表2中的實驗數(shù)據(jù)可以看出，GPS接收機的快速靜態(tài)定位測量模式，其精度能夠滿足低等級控制測量的需求。以此類推快速靜態(tài)測量的精度，就更加能夠滿足該項目其余19個地質(zhì)工程點位測量的精度要求。并且在其他多數(shù)行業(yè)的工程點位測量均能滿足要求，試想如果想要施測一個精度要求較高的工程點位，在除去使用全站儀的情況下，用GPS-RTK即GPS動態(tài)測量，雖然時間需要1~2 min，但精度誤差無法得到滿足；而做GPS靜態(tài)測量60 min以上，又費時費力；如果我們用5~15 min的快速靜態(tài)模式就即滿足了精度要求又增加了工作效率。所以快速靜態(tài)在各個行業(yè)及工程之間的應(yīng)用意義重大。

4結(jié)束語

快速靜態(tài)定位法以其高精度、高效率、高效益的優(yōu)勢，在地質(zhì)勘探工程測量中取代靜態(tài)法已經(jīng)成為必然。因其精度的情況而言，它具有觀測時間短，山區(qū)、林區(qū)定位精度高,可以達到厘米級精度,且不累計傳點誤差,雙頻接收更是在較短觀測時間段，就可觀測較大的接收數(shù)據(jù)量。并具備操作簡單方便,測量觀測時間短，誤差低，精度高，同時減輕勞動強度等特點。GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)的廣泛使用,使地質(zhì)勘探中的低等級控制測量工作效率得到了很大的提高,在生產(chǎn)方式方法上有了很大的變革,使傳統(tǒng)的作業(yè)觀念得到更新,促進了地質(zhì)勘探行業(yè)的技術(shù)進步。

參考文獻

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[3]全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范.GB/T18314-2001.

[4]地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范.(GB/T 18341—2001).

COMPASS in the Mapping of Geological Exploration

WANG Dong-liang

(Heilongjiang Province Coalfield Geology 108 Exploration Team, Jixi 158100, Heilongjiang Province, China)

Abstract:This paper introduces the basic principle of GPS fast static positioning method, the main technical characteristics of advantages and is mainly used in geological exploration and surveying and mapping. Through examples this paper expounds the function of GPS fast static positioning application in geological surveying and mapping, analyzed the GPS fast static positioning accuracy problem in the instance.

Key words:GPS fast static positioning; Accuracy; Surveying and mapping for geology

中圖分類號：P25

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1009-3230(2016)03-0018-03

作者簡介：王東亮(1983-)，男，工程師，本科，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊擔(dān)任測量隊長工作。

收稿日期：2016-01-25

修訂日期：2016-02-27

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2016.03.005