隋鐵軍

摘 要：物探測量作為地質(zhì)勘探行業(yè)重要的工作之一，其對特定地區(qū)地下資源結(jié)構(gòu)的總結(jié)分析具有重要作用。近些年來各種新型勘測技術(shù)引入這一工作不僅使物探測量工作人員極大地減輕了工作負(fù)擔(dān)及工作難度，還對提升物探測量準(zhǔn)確性提供了重要保證?；谌蛐l(wèi)星定位系統(tǒng)的精密單點(diǎn)定位技術(shù)就成為了這其中重要的技術(shù)之一。本文通過分析精密單點(diǎn)定位技術(shù)可能出現(xiàn)的誤差及其數(shù)學(xué)研究方法，簡要地總結(jié)目前應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：精密單點(diǎn)定位技術(shù)； 物探測量；應(yīng)用；前景

精密測量技術(shù)這一概念誕生于上世紀(jì)70年代，其主要思路是用衛(wèi)星間的鐘差通過某種運(yùn)算代替衛(wèi)星與觀察點(diǎn)間的鐘差，然后再用GPS定位方程進(jìn)行計算，再結(jié)合接收機(jī)所接收的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對全球任意區(qū)域的準(zhǔn)確定位。這種方法是目前GPS技術(shù)研究領(lǐng)域的主攻方向，也成為了未來精密動態(tài)定位技術(shù)研究的重要基礎(chǔ)。由于這種技術(shù)的精確性很大程度取決測量時，天文狀態(tài)及衛(wèi)星情況，因而在某些時刻存在一定的誤差。

一、精密單點(diǎn)定位技術(shù)誤差因素

精密單點(diǎn)定位技術(shù)由于是一種通過GPS衛(wèi)星定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確化單點(diǎn)定位的技術(shù)，因而在實(shí)際使用中各種空中的干擾因素會成為影響精密單點(diǎn)定位技術(shù)精確性的主要因素。具體來看可分為以下幾點(diǎn)：

首先，接收機(jī)的鐘差及衛(wèi)星與測量站的遠(yuǎn)近會造成測量精確性一定程度的誤差。這種誤差一般與接收機(jī)鐘差大小和衛(wèi)星與測量站距離成正比。

其次，接收機(jī)天線的相位偏差也會給測量精確程度帶來影響，當(dāng)天線相位中心與其本身中心重合時，這種誤差是不存在的。但實(shí)際應(yīng)用中，接收機(jī)的天線需要實(shí)時根據(jù)衛(wèi)星在軌道的位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動，以使信號的接收達(dá)到最佳效果，但這就會造成在某些時刻，天線相位中心偏離其本身中心從而帶來誤差，這種誤差有時會高達(dá)幾厘米，因此在研究中不可忽略。

再次，由于太陽、月球與地球間的引力作用，會造成地球海面規(guī)律性的海潮漲落，這種現(xiàn)象會延長地球地心與太陽及月球間的直線距離，從而影響衛(wèi)星在軌道運(yùn)行的單周距離，給精確測量工作帶來一定的誤差。這種誤差同樣比較嚴(yán)重，實(shí)際測量中該誤差甚至可達(dá)5厘米。

此外，還有一種與上一種誤差影響成因近似的誤差因素，通常稱為大洋負(fù)荷潮。這種誤差相較于前者較小，其誤差范圍僅有毫米級，因而通常忽略不計。

最后，地球不停地自轉(zhuǎn)使得衛(wèi)星發(fā)出信號時地球各點(diǎn)構(gòu)成的坐標(biāo)系與接收機(jī)接收時地球各點(diǎn)構(gòu)成的坐標(biāo)系有所差別。所以在計算衛(wèi)星與接收機(jī)的距離時應(yīng)將這一誤差因素計算到其中。

二、精密單點(diǎn)定位技術(shù)數(shù)學(xué)研究方法

各種誤差使得精密單點(diǎn)定位技術(shù)所獲得的觀察值通常作為隨機(jī)值使用，這種技術(shù)所構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型通?？煞譃榫€性和非線性兩種，對于非線性模型通常采用泰勒公式將其轉(zhuǎn)化為線性模型。而是實(shí)際應(yīng)用中，通常對這一技術(shù)取得的參考值用最小二乘法和卡爾曼濾波法進(jìn)行估計。前者只可用于靜態(tài)估計，而后者則可既用于靜態(tài)又用于動態(tài)，因而在實(shí)際測量中使用較廣。

卡爾曼濾波參數(shù)估計法是由美國科學(xué)家卡爾曼于上世紀(jì)五六十年代提出的一種參數(shù)估計方法。傳統(tǒng)的研究方法直接輸入的信號過程的二階特性和譜函數(shù)進(jìn)行分析，而這種方法首次對在所研究的輸入信號中進(jìn)行研究中加入了向量隨機(jī)過程和標(biāo)量隨機(jī)過程，因而實(shí)現(xiàn)了用狀態(tài)方程描述線性系統(tǒng)的功能。同時卡爾曼還在濾波推算領(lǐng)域研究出一種僅需實(shí)時數(shù)據(jù)與之前一個數(shù)據(jù)的估計量即可推算下一個估計量的方法，解決了原有遞推過程需要大量歷史數(shù)據(jù)的問題。這種方法通過將濾波系統(tǒng)線性化的手段減少了數(shù)據(jù)的存儲及計算量，僅需一臺小型計算機(jī)即可完成相關(guān)操作，因而在航空航天、水下探測、物探測量等領(lǐng)域得以廣泛使用。

三、精密單點(diǎn)定位技術(shù)在物探測量中的應(yīng)用與發(fā)展方向

目前在物探測量領(lǐng)域應(yīng)用精密單點(diǎn)定位技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)作用，特別是在某些特殊地形中，其應(yīng)用價值更大。傳統(tǒng)的實(shí)時動態(tài)測量技術(shù)需要相關(guān)儀器對探測區(qū)域內(nèi)的全貌進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，需要施放多個探測儀器來實(shí)現(xiàn)對該環(huán)境的完整描述，且須計算機(jī)具備較強(qiáng)的計算處理能力。但在某些地形較為復(fù)雜，邊界范圍不明顯的區(qū)域，如山地、大陸架等，運(yùn)用這一方則需要釋放更多的儀器，操作十分復(fù)雜，取得的效果也不佳。而精密單點(diǎn)定位技術(shù)作為一種以衛(wèi)星為載體的技術(shù)其可以從空中對該地形的全貌進(jìn)行完整監(jiān)控，并從中實(shí)現(xiàn)對大型物質(zhì)的探測工作，其精確度與可靠性也符合物探工作的要求。

但我們同樣應(yīng)該認(rèn)識到，精密單點(diǎn)定位技術(shù)在物探測量領(lǐng)域應(yīng)用尚處于起步階段，其所需技術(shù)及測量儀器大多由國外機(jī)構(gòu)壟斷，引入時需要花費(fèi)高昂的費(fèi)用，且某些技術(shù)相關(guān)公司還會有所保留。這也給我國相關(guān)研究人員指明了努力方向，即在不斷探索新技術(shù)的研究的同時，基于國外測量儀器進(jìn)行自主研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)精密單點(diǎn)定位技術(shù)測量儀器自由化。

結(jié)束語：

精密單點(diǎn)定位技術(shù)相關(guān)人員近些年來對這一技術(shù)的不懈研究已經(jīng)使這一技術(shù)日臻完善。目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)使用單一計算機(jī)即可進(jìn)行任意地理位置的即時測量作業(yè)，且這一過程的精準(zhǔn)度已達(dá)到較高水平。這一技術(shù)的不斷發(fā)展也極大地促進(jìn)物探工作朝著準(zhǔn)確科學(xué)的方向發(fā)展。眾所周知，人類各類生產(chǎn)生活活動所需的最主要元素就是能源，對本地區(qū)地下資源的種類、分布、儲量進(jìn)行合理而有效地探測可以使當(dāng)?shù)卣疁?zhǔn)確掌握本地區(qū)資源情況，有規(guī)律地對能源使用進(jìn)行合理統(tǒng)籌，確保能源的可持續(xù)性，既踐行了節(jié)約型社會這一理念，又體現(xiàn)了現(xiàn)代人對于子孫后代的環(huán)境責(zé)任。

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