GPS测量技术在地质勘探中的应用探讨

GPS测量技术在地质勘探中的应用探讨
【摘要】随着经济的快速发展，信息技术日新月异，众多新技术在工程测绘工作中广泛应用，以满足实践中的需求。

GPS测量技术作为一项综合型流程作业，对技术有着较高的要求。

文章将重点介绍GPS测量技术在地质勘探中的应用，以供同行参考。

【关键词】GPS测量技术；地质勘探；应用
前言
随着地质勘探业的迅速发展，勘探的范围愈来愈大，规模不断增加，传统的测量方法远远不能适应勘探生产的需要，GPS测量技术的广泛应用，为地质勘探测量工作注入新的科技活力，大大地减轻了测量人员的劳动强度，提高了测量的精度。

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的，GPS用户设备由GPS 接收机、数据处理软件等组成。

GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。

1 手持GPS测量
由于地质勘探钻孔放样的需求精度不是很高，按照现行的《地质矿产勘查测量规范》的要求：布设勘探工程点（钻孔）的精度，可按图根精度的三倍为限差之规定，因此在煤田地质钻孔放样中，除水文孔、构造孔等特殊要求的钻孔以外，完全可以采用手持GPS进行钻孔放样。

手持GPS标称精度一般在3m之内，有的型号经参数校正后可达亚米级。

手持GPS接收机在进入测区之前应进行参数设置，包括中央子午线、东偏移量（500000m）和七参数设置。

所谓七参数就是XA80或BJ54坐标系与WGS84坐标系转换参数，即3个平移因子（ΔX ，ΔY，ΔZ），3个旋转因子（X旋转，Y旋转，Z旋转），一个比例因子K。

通行的做法是：在工作区内找3个以上的已知点，利用已知点的BJ54 或XA80坐标与所测WGS84坐标，通过一定的数学模型，求解七参数。

但对手持GPS接收机，根据不同型号，需要设置的参数较少，但一定含有3个平移因子（ΔX，ΔY，ΔZ）等参数。

实践中，可以在已知点上不断调整各项参数，使测量结果（X、Y、Z）趋近于已知值，然后到另一已知点再进行微调，最后再到更远已知点进行检测，直至误差值符合限制要求为止。

如安徽淮北地区使用麦哲伦500手持GPS接收机，设置相关参数值如表1所示。

表1 某地手持GPS接收机相关参数设置值
表1中ΔA为XA80 或BJ54坐标系的参考椭球长半轴与WGS84坐标系的椭球长半轴之差，ΔF为其扁率之差。

2 静态GPS测量
静态GPS测量是GPS测量中精度最高的一种测量方法，但观测时间长，一般用于等级较高的控制测量中，如勘探区控制网的设布。

静态GPS测量是多台接收机同步观测接收接收卫星信号，接收机相对位置固定，分别设在不同的测站上，测量时间由十几分钟至1h，测量时应与若干已知点联测，内业采用专用软件处理。

静态测量前，应拟定测量方案，收集已知高级控制点资料。

点位应选在开阔地区，以减少对卫星的遮挡，避开大面积水域、高层建筑、大功率发射电台和高压线等。

3 动态GPS测量（RTK—GPS测量）
动态GPS测量需要至少2台接收机同时工作，其中指定一台为基准站，其余接收机为移动站。

基准站可以架设在已知点上，也可另选点架站，基准站设置成功后，由移动站在至少3个已知控制点上采集信号，然后打开随机软件（下面以Trimble5800随机解算软件Trimble Survey Controller 为例）进行解算，解算后其“水平残差”、“垂直残差”等指标符合要求后，保存转换参数和文件，下次再次使用时打开该文件即可，不需重新采集已知控制点，只需改动仪器高度设置。

RTK-GPS测量方法是钻孔的布设与定测使用频率较高的测量方法。

3.1 布设钻孔
打开相关文件，从主菜单中选择“键入”，输入钻孔设计坐标（可以批量输入），在“测量”菜单下选择“点放样”，根据手簿提示选择行进方向和距离，完成现场钻孔放样工作。

如果放样的点都在一条勘探线上可选择“线放样”进行逐点布孔。

3.2 钻孔的定测
完成基准站和移动设置后，在主菜单中选择“测量”，在该菜单下选择“碎部测量”，在手簿提示“RTK已固定”的情况下开始测量，保存钻孔孔号。

由于钻孔定测时，钻机往往正在施工，受塔衣及铁制钻具的影响不能将移动站直接置于钻孔时，此时可以采用“二点法”或“ 三点法”测量。

“二点法”测量时可以用钢尺直接从钻孔中心量取等距的2点P1、P2，即
图1 两点法复测钻孔示意图
PP1=PP2= R，如图1所示，RTK测定P1、P2两点坐标后，可以很方便地计算钻孔中心的坐标：
当P点位于P1、P2连线的东侧时，取正号，反之取负号。

在地面高差不大时，高程可以直接取两点的平均数，当P1、P2和P三点在同一直线时，X=（x1+x2）/2，Y=（y1+y2）/2为二点法测量的特例。

4 GPS 测量技术在重庆市某工程测绘中的具体应用
4.1 在大地控制中的应用
上文已经介绍了GPS 测量技术的诸多优点，其在对大地控制方面的应用尤为突出，到目前为止，我国已经用GPS 技术取代了传统的测量方式，通过建立GPS 网络系统将卫星定位技术更好的应用于工程项目测绘当中。

GPS 网包括全球性的与区域性的，这两种网路系统应用于不同的测量需求，全球性的GPS 网能够在一定程度上推动空间科学与地球动力学的发展，而GPS 区域网能够在城市建设、网络工程以及近距离的大地控制中发挥作用，据有关数据显示南方测绘的GPS 接收机产品种类繁多，其中包括蓝牙静态GPS、RTK S82 等，这些一体化的设计为我国经济建设提供更加便捷的服务。

实际上，在西方一些发达国家已经率先研发出很多有关GPS 技术的应用领域，我国也应该根据国情的需求扩大GPS 测量技术在工程测绘中的应用。

4.2 在水下地形测绘中的应用
水下地形测绘对我国的港口建设及海洋资源的开发都起着至关重要的作用，那么水下地形图就可以通过GPS 测量技术准确的取得。

首先，绘制水下地形图要通过三维坐标系确定水深、水的流速等，可以通过超声原理或者借助潮位仪进行水深的测量和矫正，从而准确的得出水深。

其次，GPS 测量系统中用于平面的测量的经纬仪、三应答器等都能够为水下地形的测绘提供相应的帮助，但是，这些设备的使用条件较为苛刻，可以通过分差GPS 定位系统进行处理，这样不仅能够实现水下测量的准确度要求，还能够扩大水下测量的尺度。

最后，GPS 测量技术能够通过分差接收机等仪器设备与终端设备连接实现完整的水下测绘图制备，与此同时，用基台矫正的方法将测量误差减到最小。

4.3 在虚拟现实技术中的应用
传统的工程测绘方法都会产生一定的误差，这可能是由于人为因素或外界条件的影响，但是由于测量误差所导致的安全事故是不容忽视的。

GPS 测量技术能够通过模拟现实的技术实现科技的创新，也就是说，虚拟出实际的操作环境，尤其是那些测量条件复杂的地域，通过计算机模拟技术来对可能发生操作危险的地段进行测量，计算机网络能够将三维的测量图准确、清晰的反应出来，操作人员只需要通过电脑就能够完成测绘工作，危险系数为零。

与此同时，GPS 虚拟现实技术在我国矿井测量工程中的应用也极为重要，可以有效的保障的矿工的生命财产安全，同时，对施工方案中存在的问题及时发现和处理，真正意义上的实现工程测绘的科学性、准确性、安全性。

5 结束语
综上所述，GPS 测量技术在工程测绘中发挥着不可替代的作用，经过工程实践证明，GPS 定位测量技术的优势主要有测量精度较高、操作简便且节省时间以及应用范围广几方面。

属于多功能的定位靠行系统，具有很大的发展前途。

参考文献：
[1]顾效烈，鲍峰.等.测量学[M].3版.同济大学出版社，2009.
[2]党亚民.等.全球导航卫星系统原理与应用[M].测绘出版社，2008.。