【摘 要】全球定位系統(tǒng)（GPS）以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水利工程、路橋工程、地殼運(yùn)動(dòng)及形變、土木工程等各個(gè)領(lǐng)域。近幾年，隨著地勘事業(yè)的突飛猛進(jìn)，全球定位系統(tǒng)（GPS）在地質(zhì)勘察工程測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，它已成為地質(zhì)勘察工程測(cè)量中不可缺少的測(cè)量技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng)（GPS）；地質(zhì)勘察；工程測(cè)量；應(yīng)用

1.全球定位系統(tǒng)（GPS）的組成

該系統(tǒng)是由美國(guó)軍方研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為用戶提供三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間，對(duì)常規(guī)測(cè)量而言，主要采用GPS的相對(duì)測(cè)地定位功能，即只獲取地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶三部分組成。

1.1空間衛(wèi)星群

GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高度約為2萬公里的衛(wèi)星組成，其中21顆工作，3顆備用，地面上任何時(shí)間，任何地點(diǎn)均可同時(shí)接收4顆以上衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)。

1.2地面監(jiān)控系統(tǒng)

GPS的地面控制系統(tǒng)包括主控站、上行注入站和監(jiān)控站。主控站的主要任務(wù)收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值，依次外推一天以上的衛(wèi)星星歷及鐘差。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。上行注入站的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)將導(dǎo)航數(shù)據(jù)和主控站的指令注入到衛(wèi)星。

1.3用戶部分

即地面接收系統(tǒng)，由GPS接收機(jī)及數(shù)據(jù)處理設(shè)備構(gòu)成，其作用是通過接收衛(wèi)星發(fā)來的信號(hào)，確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

2.GPS定位技術(shù)的特點(diǎn)

2.1定位精度高

GPS測(cè)量相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)時(shí)可達(dá)1×10-6，且隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。

2.2測(cè)站之間無需通視

常規(guī)測(cè)量方法要求測(cè)站間相互通視，而GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間互相通視，這就使得選點(diǎn)更加靈活方便，只須保持測(cè)站上空開闊，并遠(yuǎn)離衛(wèi)星信號(hào)干擾源即可。

2.3提供三維坐標(biāo)

GPS測(cè)量不僅在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，還可以測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的大地高程。

2.4觀測(cè)時(shí)間短

GPS測(cè)量在20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位的觀測(cè)時(shí)間僅需20分鐘左右，快速相對(duì)定位一般只需5分鐘觀測(cè)時(shí)間即可。

2.5操作簡(jiǎn)便

GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度高，在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)GPS接收機(jī)、輸入測(cè)站點(diǎn)號(hào)、量取儀器高并輸入儀器中、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它工作均由GPS接收機(jī)自動(dòng)完成。

2.6全天候作業(yè)

GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。

3.地質(zhì)勘察工程測(cè)量的主要工作內(nèi)容及常規(guī)測(cè)量方法

3.1地質(zhì)勘察工程測(cè)量的主要工作內(nèi)容

地質(zhì)勘察工程測(cè)量的主要工作包括：建立礦區(qū)控制網(wǎng)、勘探網(wǎng)測(cè)設(shè)、勘探坑道測(cè)量、工程點(diǎn)定位測(cè)量、礦區(qū)地形圖的測(cè)繪等。

3.2地質(zhì)勘察常規(guī)測(cè)量方法

3.2.1礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)方法

礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)方法主要有三角網(wǎng)、線型鎖、附和導(dǎo)線。主要采用儀器是經(jīng)緯儀配合測(cè)距儀、全站儀等。這就需要點(diǎn)與點(diǎn)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(biāo)系，還須與國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，若國(guó)家控制點(diǎn)遠(yuǎn)離測(cè)區(qū)，那么聯(lián)測(cè)的工作量可想而知。所以采用常規(guī)測(cè)量方法進(jìn)行礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)不但費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，而且工作強(qiáng)度大、效率低。

3.2.2礦區(qū)地形圖的測(cè)繪

礦區(qū)地形測(cè)量的方法主要有：經(jīng)緯儀配合分度規(guī)測(cè)圖、全站儀數(shù)字化測(cè)圖等。

3.2.3勘探網(wǎng)測(cè)設(shè)

勘探網(wǎng)中基線的測(cè)設(shè)主要采用經(jīng)緯儀配測(cè)距儀測(cè)設(shè)和全站儀測(cè)設(shè)；根據(jù)基線點(diǎn)采用經(jīng)緯儀視距法、經(jīng)緯儀配合鋼尺法放樣測(cè)線。

3.2.4工程點(diǎn)定位測(cè)量

地質(zhì)勘探施工中，許多工程竣工后需要進(jìn)行工程點(diǎn)定位測(cè)量，如鉆孔、探槽、斜井、立井等均須測(cè)量其三維坐標(biāo)。在沒有測(cè)距儀和全站儀時(shí)，采用方向交會(huì)法、極坐標(biāo)法（經(jīng)緯儀定向鋼尺量距）；有測(cè)距儀和全站儀時(shí)，多采用極坐標(biāo)法施測(cè)。

4.GPS在地質(zhì)勘查工程測(cè)量中的應(yīng)用

4.1利用GPS靜態(tài)測(cè)量模式建立礦區(qū)控制網(wǎng)

礦區(qū)控制網(wǎng)要求在國(guó)家等級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立三、四等或等外控制網(wǎng)，具體等級(jí)根據(jù)地質(zhì)勘查工程的需要來確定。用GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)建網(wǎng)時(shí)，應(yīng)在測(cè)繪管理部門收集2-3個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)，作為礦區(qū)控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。目前地質(zhì)勘察工程作業(yè)區(qū)面積多數(shù)在10-30㎞2，那么我們只需在測(cè)區(qū)選6-8個(gè)點(diǎn)（地勢(shì)開闊、高度角15°內(nèi)無遮擋物），以點(diǎn)連式或邊連式構(gòu)成GPS控制網(wǎng)，采用4臺(tái)或5臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，將觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入隨機(jī)軟件中解算即可求得GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。與以往采用常規(guī)測(cè)量施測(cè)的礦區(qū)控制網(wǎng)相比，利用GPS的靜態(tài)測(cè)量方式建立的礦區(qū)控制網(wǎng)，不僅精度高、省時(shí)、省力，而且降低成本、工作效率成倍提高。

4.2利用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)量

在植被稀少或植被不高的礦區(qū)，可采用RTK進(jìn)行地形測(cè)量。首先將基準(zhǔn)站架設(shè)在礦區(qū)最高點(diǎn)上，設(shè)置好基準(zhǔn)站，利用已有3個(gè)礦區(qū)控制點(diǎn)解求七參數(shù)，并用其它控制點(diǎn)檢驗(yàn)參數(shù)是否正確，將求得的七參數(shù)輸入到其他幾臺(tái)移動(dòng)站中，然后即可利用移動(dòng)站進(jìn)行碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。在植被茂密的礦區(qū)，可利用RTK加密圖根點(diǎn)。

4.3利用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)進(jìn)行勘探基線、測(cè)線布設(shè)

地質(zhì)勘察工程勘探基線、測(cè)線若采用RTK來布設(shè)，時(shí)間宜選在四月份，因?yàn)檫@時(shí)樹葉剛發(fā)芽，山上遮擋物少，有利于RTK作業(yè)。在工作任務(wù)多、工期緊的情況下，選擇好作業(yè)時(shí)間采用RTK布設(shè)基線、測(cè)線可以提高野外工作效率。

4.4利用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)進(jìn)行工程點(diǎn)定位測(cè)量

地質(zhì)勘察工程的工程點(diǎn)定位測(cè)量，一般均在十月下旬至十一月中旬，這時(shí)工程施工已結(jié)束，樹葉已落遮擋物少了，用RTK施測(cè)工程點(diǎn)不僅速度快而且比常規(guī)測(cè)量精度高。

5.結(jié)束語(yǔ)

雖然地質(zhì)勘察工程多在山區(qū)，樹木茂密，影響GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，但靜態(tài)GPS可以進(jìn)行礦區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)，RTK測(cè)量技術(shù)因時(shí)、因地也可進(jìn)行地形測(cè)量、勘探基線布設(shè)、工程點(diǎn)定位測(cè)量等，總之，只要將各種GPS測(cè)量技術(shù)充分運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，并與常規(guī)測(cè)量方法密切配合，不但可以節(jié)省人力、財(cái)力、物力、縮短工期，還可以大大提高工程的質(zhì)量和精度。

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