GPS技術在地質工程測量當中的應用

晏淑萍

（江西有色地質礦產勘查開發院，江西 南昌 330000）

1 GPS技術概述

GPS（Global Positioning System），全球定位系統，是目前精度最高、應用最廣泛的定位導航技術，GPS系統是一個由美國國防部開發的全天侯導航系統，它用以滿足軍方在地面或近地空間內獲取在一個通用參照系中的位置、速度和時間信息的要求，后來通過降低GPS的定位精度并將其應用于民用或商用，才真正使得GPS技術得到推廣與普及，并孕育出了一系列基于位置的服務（LBS）、智慧導航定位服務等。GPS的基本原理是通過GPS信號接收器所接收的三個衛星的信號以及三個衛星的已知空間位置，基于后方交會法可以推算出接收器所在的空間位置（經度、緯度、高程）[3]。GPS系統的組成主要包括GPS接收器、衛星、地面監控站，衛星圍繞軌道平面運行，其需要保證在任意時刻任意地理位置15°高度角上方均有4顆以上的衛星在運行，以保證GPS定位的精度與準確性；地面監控站主要用于監測與控制衛星的運行、計算各個衛星的星歷與時鐘修正參數，并注入衛星保持系統時間，控制衛星的運行狀態，處理衛星運行故障與實時調度；GPS接收器定期接收衛星向外發射的用于導航定位的數據信號，并根據信號的傳輸時間計算出接收器與衛星之間的距離[4]。

2 GPS技術在地質工程測量中的應用

（1）地表形變監測。地表形變監測是地質工程建設與施工的重要內容，為保證地質工程施工的安全性，施工方需要獲悉工程所在位置的實際高程，對地質工程周邊的地表高程進行精準監測，以分析工程施工是否造成地面沉降等不良反應，以及時發現地表高程變化以及地表發生微凹陷等情況[5]。將GPS技術應用到地質形變監測中，根據地質工程施工需要，對地表形變數據進行精準獲取，配合水準儀定點監測與校驗，為地質工程的施工提供基礎數據支撐與安全防護保障。

（2）點位測設工作。點位測設用于對地質工程所在的目標區域中各個布點的經緯度與高程進行精準測量，并以此為基礎進行點位連接形成目標區域空間分布圖，據此分析目標區域的大小與形狀，為地質工程的設計與施工提供精準的三維空間坐標測繪數據[6]。對于點位測設工作，利用GPS技術對目標區域的各個關鍵節點的經度、緯度與高程進行精準測量，得到每一點位的（X,Y,Z）三維坐標值，基于各點位的三維坐標值可以在GIS軟件中構建目標區域的三維模型，可以為地質工程施工人員提供精準的、三維可視化的目標區域空間結構模型。

（3）工程控制測量。控制測量主要用于對地質工程所在地的地形地貌特征加以精準測繪與三維刻畫，幫助地質工程的設計與施工人員提前對施工場地內復雜的地形地貌條件進行掌握，以便以此為基礎設計出更為科學、合理的地質工程圖紙以及施工組織計劃方案等。傳統的測繪工具在面對復雜地形下的坐標與高程測量時通常存在較大的難度，人工腳步難以涉及的區域通常所采集的數據精確度也不高。現代測繪技術對復雜地形下的坐標于高程測量多采用GPS技術，目前較為主流的GPS技術為GPS-RTK技術，其主要構成包括基準站、流動站、數據鏈，首先在目標區域內某一已知三維坐標的控制點上安裝接收機，由接收機對GPS衛星進行連續不間斷跟蹤觀測與數據調試，獲取基準站以及衛星的相關數據并發送至基準站。

操作人員手持流動站接收機在目標區域內定點觀測GPS衛星信號，并接收從基準站傳輸過來的數據鏈，經實時差分處理，可準確計算流動站接收機所在位置的經緯度與高程。地質工程建設與施工利用GPS技術對工程區域進行定位與測量，是幫助施工人員掌握施工現場的重要技術。

3 GPS技術在實際地質工程測量中應注意的問題

GPS技術在實際的地質工程測量作業中也有很多限制與問題，尤其是對于當前在地質工程測量工程中應用較多的GPS-RTK技術而言，其應用的注意事項主要表現在：

（1）衛星狀況限制。在高山峽谷、高樓密集或森林茂密等外業測繪環境中，衛星信號容易被長時間阻擋，容易在某些時段出現測量假值，產生假定位現象。長時間的衛星信號阻擋會大大縮短可作業時間，這時可以通過查看星歷預報，選擇合適的野外作業時間，也可以采用其它常規測量方法進行作業。

（2）數據鏈傳輸距離限制。GPS-RTK在兩臺GPS接收機（基準站接收機、流動站接收機）之間增加一套無線電通訊系統，從而實現兩臺或兩臺以上相對獨立的GPS接收機的有效連接。GPS-RTK測量技術是建立在流動站與基準站誤差強烈類似這一基礎假設之上，因此隨著流動站與基準站之間距離的增大，其流動站與基準站誤差的相似性降低，數據鏈通信的干擾會增強，導致流動站的定位精度也越來越低。因此在采用GPS-RTK技術野外測繪作業時，一般將兩臺GPS接收機的距離控制在15公里以內。

（3）電離層干擾問題。正午時間，衛星信號受電離層干擾影響嚴重，共用衛星數量少，接收機不能完全接收到5顆衛星的信息，導致正常測量無法進行。因此，需要選擇正確作業時段進行野外測量，一般建議作業時段為11點之前和14點之后，此時GPS-RTK測量效果最佳。

（4）初始化所需時間問題。GPS-RTK技術在高山峽谷、高樓密集或森林茂密等外業測繪環境中應用時，GPS衛星信號被遮擋，造成信號失鎖問題，需要重復初始化，這會大大降低測量精度和效率。因此，在面對信號遮擋嚴重的外業測繪環境時，建議選用初始化能力強、所需時間短的GPS-RTK機型。

4 結論

GPS技術是一種能夠在野外實時得到厘米級、實時定位的測量技術，極大地提高了測繪質量與野外作業效率，因而其應用領域較廣且極具發展前景。但是在地質工程測量應用過程中，其也有一定的局限性。為了保證地理空間數據采集的精度與數據的可靠性，野外測繪人員必須充分考慮各干擾因素，以降低不利因素對測繪精度的影響。