手持型GPS接收機在地質領域中的應用

【摘 要】隨著科技進步和電子產業的發展，手持型GPS接收機其功能、定位精度得到了較大的改善。目前，手持型GPS接收機在野外地質工作過程中起到重要的指導作用。

【關鍵詞】手持GPS；地質工作；精度

0.概述

GPS全稱為Global Positioning System 即全球定位系統[1]。GPS定位速度快、精度高，在各種專業和民用領域上得到廣泛應用。地質填圖、物探、化探等諸多地質勘查工作也同樣需要實時定位與導航。手持型GPS接收機（以下簡稱手持GPS）以其廉價、輕巧、易用、使用靈活等優點，成為了地質工作者手中不可缺少的測量工具。

1.手持GPS 定位原理

手持GPS是一種高度集成的電子產品，集多種功能、模塊于一身。以我單位普遍使用的佳明（GARMIN ETREX VISTA H）手持GPS為例，其水平定位精度<3m，基本滿足中小比例尺地質勘查工作而且機身內部增加了電子羅盤、氣壓高度計模塊，更便于密林、深山中輕松導航。

1.1空間后方交會

GPS測量的基本原理就是利用空間距離后方交會方法，以GPS衛星在軌道中的瞬間位置為起算數據解算待測點坐標。GPS接收機需要同時接收至少4顆衛星的廣播電文才能進行三維定位。如圖所示：

假設某時刻GPS接收機安置在地面待測點上，可測出GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其它數據可以確定以下四個方程式：

[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+c(Vt1-Vt0)=d1

[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+c(Vt2-Vt0)=d2

[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+c(Vt3-Vt0)=d3

[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+c(Vt4-Vt0)=d4

上述方程式中di=c△ti，(i=1、2、3、4)，di是各個衛星到接收機之間的距離，△ti代表衛星電文傳達到接收機所需的時間，xi、yi、zi為各個衛星在該時刻的空間直角坐標，Vti為衛星時鐘的鐘差，c為光速。根據以上四個方程可以求解出GPS接收機鐘差Vt0及待測點坐標（x，y，z）[2]。

1.2參數計算

工作中需要向手持GPS輸入正確的中央經線及轉換參數方可獲取待測點直角坐標。參數類型可分為三參數、五參數及七參數，通常獲取工作區三參數即可滿足地質工作需求。求解三參數操作簡單、計算容易，野外地質工作者即可利用手中手持GPS求解三參數。首先收集工作區內已知點信息并用手持GPS測得該點WGS84坐標（在測量過程中可適當延長觀測時間以獲得較高精度坐標），然后將中央經線、已知點坐標及其測得的WGS84坐標輸入參數轉換軟件中即可求解三參數。為了提高求解參數可靠性，可用多個已知點依次求解參數最后取其平均值，而使用的這些已知點盡量均勻分布這樣求解的效果較好。

三參數實質是東西、南北及高程三軸的簡單平移即DX、DY、DZ。某些時候可能無法利用軟件解算三參數，有些人可能會在已知點上使用試數的方法不斷的嘗試修改DX、DY、DZ以獲取一組最佳的參數，當然這只能是一種沒有辦法的辦法。三參數適用于50KM*50KM范圍內，超過該區域應另外計算參數。在條件允許的情況下，應由測量人員在工作區內進行控制測量并算取參數。另外普通手持GPS測量高程誤差較大，不推薦直接使用手持GPS測得的高程數據。以我單位使用的佳明 VISTA H手持GPS為例，雖然其具備電子氣壓計，可以根據已知點高程數據校正手持GPS內氣壓計，但測得的高程值主要起到參考意義。實際工作中，應該盡量搜集年份較近的工作區域地形圖并根據手持GPS測得的平面坐標在該圖中量取高程值。

2.在地質勘查中的應用

手持GPS在地質領域的多種工作中都有應用，其詳細作用如下：

（1）手持GPS在接收廣域SBAS差分信號后可達到<3m的定位精度，完全滿足地質填圖或者<1:10000小比例尺測圖等對測量精度要求較低的工作[3]。

（2）手持GPS在鉆探工作中具有指導意義。地質人員可在測量專業人員詳細放樣鉆孔位置前利用手持GPS放樣鉆孔大概位置并提前開展占地、修道、平整地盤等前期工作。

（3）手持GPS具有放樣線路及提供偏航報警功能，可在物探、化探工作中為剖面線路測量提供實時導航功能[4]。

（4）手持GPS可以記錄航跡即實時記錄走過的路線，確保工作者不會迷路，為野外人。

3.工作中的注意事項

手持GPS會受一些外界環境因素干擾而影響其使用。在地質工作中，通常會遇到如下幾種情況：

（1）在閉郁度較高的林地中，由于衛星信號受手持GPS上空遮蔽物阻擋而使手持GPS不容易鎖定衛星或者接收衛星顆數較少從而影響定位精度。

（2）在高壓線、雷達站、電臺附近，手持GPS受強電磁波影響而無法正常使用。

（3）在大面積水域如寬廣河流、湖泊、海洋附近，水面會反射衛星信號從而影響手持GPS定位精度。

4.結語

隨著各類型CORS站建設與完善以及無線通訊技術的發展，利用手持GPS達到亞米級甚至亞分米及精度已成現實。高精度亞米級手持GPS接收機為地質人員提供了一個更加準確、高效、可靠的工作平臺，今后高精度的手持GPS接收機必將在地質領域中得到廣泛應用。

【參考文獻】

［１］陳睿.GPS-RTK技術在地質勘查工作中的應用[J].北京測繪，2010，3：84-86.

［２］許邵銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

［３］李照塔.導航型GPS用于1:1萬地質填圖定位測量的方法[J].礦山測量，2010，3：49-50.

［４］蘇長武，孫相海，王偉超.GPS在地質勘查中的應用[J].黃金科學技術，2010，18（1）：74-76.