GPS技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用探究

陶興勝

摘要：GPS對于我們來講已經(jīng)非常熟悉，在交通運輸業(yè)，GPS得到了廣泛的應(yīng)用，給我們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。GPS 以期定位精準而倍受青睞，這一點正好是地質(zhì)勘探所需要的，由于我國礦產(chǎn)資源形勢不是很好，那么GPS的應(yīng)用就顯得非常有必要。本文分析介紹了GPS 的優(yōu)點以及性能，并對該系統(tǒng)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用進行了深入探討。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；地質(zhì)勘探；應(yīng)用

GPS 技術(shù)精度高、全天候、低成本、效率高，基于這些特點，應(yīng)用于地質(zhì)勘探，是很好的測繪工具。在野外工作時，它是最好的定位工具，在建立平面控制網(wǎng)方面發(fā)揮了巨大的作用，得到了廣泛的應(yīng)用。GPS在礦區(qū)勘查預(yù)查等各階段都能夠達到相應(yīng)技術(shù)要求，充分發(fā)揮其自身作用，為我國的國土資源大調(diào)查以及礦區(qū)普查效力。而在實際的勘探工作中，關(guān)于勘探定位等工作的實際修測等一定要做好控制工作。本文簡單介紹了GPS技術(shù)，并介紹了其在野外勘探中的應(yīng)用原理以及數(shù)據(jù)處理等方面，希望能給相關(guān)企業(yè)帶來啟發(fā)，切實提高我國的勘探質(zhì)量。

一、GPS技術(shù)簡介

GPS 系統(tǒng)的開發(fā)過程共有三個階段，然后才逐步投入使用，總系統(tǒng)于1994 年全面建成。GPS 是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它具有全方位、全球性、全天候、連續(xù)實時的高精度三維導(dǎo)航和定位功能，而且還具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS 技術(shù)在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量和城市測量測繪領(lǐng)域首次應(yīng)用后便廣為推廣，在軍事、交通、通訊、資源管理領(lǐng)域進行了研究并廣泛使用。相對于常規(guī)測量，GPS 測量具有以下非常顯著且區(qū)別性強的特點：

1）在兩站之間沒有阻礙，不需要通過 GPS 測量站之間進行測量，根據(jù)實際場合只需要確定一點就能使選點工作更加靈活和方便。

2）準確度比傳統(tǒng)的測量方式準確。

3）觀察時間短。隨著 GPS 測量技術(shù)的不斷提高，GPS 測量時靜態(tài)相對定位，每個站僅 20 分鐘左右，動態(tài)相對定位只需要幾秒鐘。

4）GPS 測量同時精確測定三維坐標的測量部位，提供三維坐標在一定的條件下具有高度的精度，以滿足要求的第四級的測量。

二、GPS技術(shù)在地質(zhì)勘查中的實際應(yīng)用原理

GPS的實際工作原理，是通過對于所接受的衛(wèi)星發(fā)射信號的各項數(shù)據(jù)進行處理，最后再對于正確的空間位置進行確定。GPS技術(shù)具有定位性、實時性以及安全性的特點，還有良好的抗干擾功能和保密功能。一套標準的GPS地面相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)是分布于全球上，其主要組成部分有：五個監(jiān)控站、三個注入站以及一個主控站。其中，主控站是計算各項監(jiān)測站的實際觀測數(shù)據(jù)，得到對應(yīng)的各個衛(wèi)星的鐘差參數(shù)和軌道參數(shù)的實際數(shù)據(jù)之后，再將這些數(shù)據(jù)編織成為導(dǎo)航電文，送到注入站。

這些數(shù)據(jù)最終將要被放到相應(yīng)的衛(wèi)星存儲器中。存儲器將會把收到的數(shù)據(jù)編制導(dǎo)航電文，然后將其送到注入站，之后注入站再將電文注入相應(yīng)存儲器中。GPS的數(shù)據(jù)處理器、接收機以及終端設(shè)備構(gòu)建成為完整的一套GPS的相關(guān)用戶設(shè)備，其終端設(shè)備大都是計算機。根據(jù)在一定的相關(guān)衛(wèi)星高度上所得到的實際衛(wèi)星信號，GPS的接收機都能夠成功捕獲，之后進行跟蹤，對信號進行放大或者交換等處理，運用L2和L1載波觀測值來進一步實現(xiàn)其高精度的相關(guān)測量。

三、GPS 觀測相關(guān)數(shù)據(jù)處理

所謂對GPS收到的數(shù)據(jù)進行相關(guān)差分析指的是對于收集到的數(shù)據(jù)先進行產(chǎn)分，之后再將它劃到橢球面上，同時將它投影到平面上，得到實際平面直角的準確坐標。完成以上的工作，需要下載采集數(shù)據(jù)以及差分數(shù)據(jù)解算。對相關(guān)數(shù)據(jù)所進行的差分結(jié)算是整個數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵，不管是哪個細小的環(huán)節(jié)出現(xiàn)一丁點的錯誤都會導(dǎo)致結(jié)果的不準確。因此，在各數(shù)據(jù)輸入時一定要保證正確，并且相關(guān)數(shù)據(jù)要保留到小數(shù)點后四位，因為差分計算需要極高的精確性。

四、GPS 技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)過程中常產(chǎn)生環(huán)境問題，如廢棄的物質(zhì)和能量會造成水土污染、空氣污染（粉塵和有毒有害氣體污染）、噪音污染、光污染、輻射污染等環(huán)境危害；壓占、破壞土地資源、水資源、森林草地等自然環(huán)境資源；造成水土流失、土壤侵蝕、土地沙化、地質(zhì)景觀破壞等地質(zhì)環(huán)境破壞；誘發(fā)崩塌、滑坡、泥石流、地面開裂、地面沉降、地面塌陷、河堤潰決、海水入侵等地質(zhì)災(zāi)害。隨采礦業(yè)的發(fā)展，采礦對環(huán)境污染日益嚴重，對大型礦區(qū)來說，不僅需要對環(huán)境進行連續(xù)監(jiān)測，而且要求有效管理和迅速處理各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便及時采取應(yīng)對措施。而 GPS 與 GIS 結(jié)合構(gòu)成環(huán)境監(jiān)測與分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)對環(huán)境的時時監(jiān)測與處理。將各種環(huán)境傳感器（如瞬時光譜儀、紅外輻射儀、溫度計、酸堿度測定儀、噪聲儀等）與 GPS 接收機構(gòu)成一起，傳感器采集的數(shù)據(jù)與 GPS 數(shù)據(jù)一起輸入到數(shù)據(jù)庫中，使用 GIS 對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行展示和分析。這不僅便于監(jiān)測數(shù)據(jù)的組織管理，圖形的直觀、形象表達，而且便于對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，了解其影響范圍、發(fā)展規(guī)律，為進一步預(yù)測災(zāi)害，防災(zāi)減災(zāi)提供決策.

GPS 可以是小規(guī)模的地質(zhì)測繪和小規(guī)模的地球物理和地球化學(xué)的分銷網(wǎng)絡(luò)。代表儀器有 GPS 探險家、小博士。手持 GPS坐標系統(tǒng)，參數(shù)必須設(shè)置獨立調(diào)查區(qū)域的局部坐標系統(tǒng)參數(shù)（投影橢球和中央子午線），為了提高定位精度，手持 GPS 每天作業(yè)前應(yīng)選擇與一個固定點（最好測量面積為已知坐標點）的坐標校正。GPS 測量同時精確測定三維坐標的測量部位，提供三維坐標在一定的條件下具有高度的精度，以滿足要求的第四級的測量；除此之外，該儀器操作簡單。GPS 接收器的自動化程度越來越高，觀察員簡單地設(shè)置引導(dǎo)參數(shù)，接收器就可以自動地進行觀察和記錄；GPS 最大的優(yōu)勢就是全天候作戰(zhàn)。GPS 衛(wèi)星數(shù)量分布均勻，以確保在任何時間和任何地方的天氣條件下可以不受影響的連續(xù)觀察。

GPS 靜態(tài)相對定位系統(tǒng)主要用于建立調(diào)查區(qū)域地質(zhì)情況以及調(diào)查測量 E 級 GPS 控制網(wǎng)，GPS 定位是基于 WGS 84 橢球空間直角坐標系且采用 GPS 測量區(qū)域網(wǎng)絡(luò)形成的系統(tǒng)，除了請求WGS 84 調(diào)整成績外，還需要最終獨立的本地坐標系統(tǒng)驗算的結(jié)果?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集相對簡單，只要已完成開機關(guān)機、量測平儀步驟就可以完成比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。這些涉及行業(yè)內(nèi)的知識和操作技能，而且通?？煞猪椖繉傩越⒁粋€基線向量解算器。GPS 網(wǎng)絡(luò)不受約束調(diào)整 GPS 約束以及平差的四個過程，筆者使用多年 Trimble4600LS 單頻 GPS 接收機，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟枚TrimbleGeomatiesOmee1.61（以下簡稱的 TGO 角 eel.61）。本文將舉例說明這一點。

河北豐寧滿族自治縣黑山嘴鎮(zhèn)東溝金礦私采礦多年，新的礦主為了擴大采礦權(quán)范圍，委托我單位映射采礦 1：1000 地形圖，面積約 1.6 km，以確定開采邊界協(xié)調(diào)系統(tǒng)的要求和國家坐標系統(tǒng)聯(lián)測單位。采用 GPS 靜態(tài)相對定位方法奠定測量主控制網(wǎng)絡(luò)及分銷網(wǎng)絡(luò)端連接，共奠定了E 級 GPS 控制點四個，“GPS 數(shù)據(jù)采集站 Trimble4600LS 單頻接收機操作 GPS 網(wǎng)絡(luò)觀測船尾值小于6，保證質(zhì)量衛(wèi)星的幾何形狀和數(shù)據(jù)采集的觀察期 60min”，衛(wèi)星仰角大于15/155 觀測的數(shù)據(jù)采樣率的有效的衛(wèi)星數(shù)量超過五個，測量誤差在 3 mm 以內(nèi)的天線高度。

結(jié)語：地質(zhì)勘探現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集相對簡單，只要已完成開機關(guān)機、量測平儀步驟就可以完成比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。這些涉及行業(yè)內(nèi)的知識和操作技能，而且通?？煞猪椖繉傩越⒁粋€基線向量解算器。本文從 GPS 的特點和性能入手，對該系統(tǒng)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用進行了探析。繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃實施之后，美國在 20 世紀另一個主要的科學(xué)和技術(shù)成果就是全球定位系（GPS）。圍繞一系列的地質(zhì)勘查工作的具體問題，筆者查閱了大量相關(guān)書籍和專業(yè)期刊論文提出了對 GPS 技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查測量中的一些獨到的見解。通過論述，我們得出這樣的結(jié)論：由于技術(shù)手段的不成熟，我國的 GPS 系統(tǒng)在勘探工作中的運用還存在很多問題需要改進。

參考文獻：

[1] 莫偉生，何輝. 淺議 GPS 在地質(zhì)勘查測量之應(yīng)用[J]. 建材與裝飾（下旬刊），2008（2）.（7）.

[2] 溫迎慶，李旭輝. GPS 在地質(zhì)勘查測量中的應(yīng)用[J]. 江西測繪，2008（3）.