精密單點(diǎn)定位技術(shù)在物探測(cè)量中應(yīng)用

隋鐵軍

摘 要：物探測(cè)量作為地質(zhì)勘探行業(yè)重要的工作之一，其對(duì)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(lái)各種新型勘測(cè)技術(shù)引入這一工作不僅使物探測(cè)量工作人員極大地減輕了工作負(fù)擔(dān)及工作難度，還對(duì)提升物探測(cè)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(guò)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(jiǎn)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(cè)量；應(yīng)用；前景

精密測(cè)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(guò)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(jì)算，再結(jié)合接收機(jī)所接收的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)精密動(dòng)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(cè)量時(shí)，天文狀態(tài)及衛(wèi)星情況，因而在某些時(shí)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(guò)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(huì)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(lái)看可分為以下幾點(diǎn)：

首先，接收機(jī)的鐘差及衛(wèi)星與測(cè)量站的遠(yuǎn)近會(huì)造成測(cè)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(cè)量站距離成正比。

其次，接收機(jī)天線的相位偏差也會(huì)給測(cè)量精確程度帶來(lái)影響，當(dāng)天線相位中心與其本身中心重合時(shí)，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(shí)根據(jù)衛(wèi)星在軌道的位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以使信號(hào)的接收達(dá)到最佳效果，但這就會(huì)造成在某些時(shí)刻，天線相位中心偏離其本身中心從而帶來(lái)誤差，這種誤差有時(shí)會(huì)高達(dá)幾厘米，因此在研究中不可忽略。

再次，由于太陽(yáng)、月球與地球間的引力作用，會(huì)造成地球海面規(guī)律性的海潮漲落，這種現(xiàn)象會(huì)延長(zhǎng)地球地心與太陽(yáng)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(cè)量工作帶來(lái)一定的誤差。這種誤差同樣比較嚴(yán)重，實(shí)際測(cè)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(jí)，因而通常忽略不計(jì)。

最后，地球不停地自轉(zhuǎn)使得衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)時(shí)地球各點(diǎn)構(gòu)成的坐標(biāo)系與接收機(jī)接收時(shí)地球各點(diǎn)構(gòu)成的坐標(biāo)系有所差別。所以在計(jì)算衛(wèi)星與接收機(jī)的距離時(shí)應(yīng)將這一誤差因素計(jì)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(duì)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(duì)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(jì)。前者只可用于靜態(tài)估計(jì)，而后者則可既用于靜態(tài)又用于動(dòng)態(tài)，因而在實(shí)際測(cè)量中使用較廣。

卡爾曼濾波參數(shù)估計(jì)法是由美國(guó)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(jì)方法。傳統(tǒng)的研究方法直接輸入的信號(hào)過(guò)程的二階特性和譜函數(shù)進(jìn)行分析，而這種方法首次對(duì)在所研究的輸入信號(hào)中進(jìn)行研究中加入了向量隨機(jī)過(guò)程和標(biāo)量隨機(jī)過(guò)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(shí)卡爾曼還在濾波推算領(lǐng)域研究出一種僅需實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與之前一個(gè)數(shù)據(jù)的估計(jì)量即可推算下一個(gè)估計(jì)量的方法，解決了原有遞推過(guò)程需要大量歷史數(shù)據(jù)的問(wèn)題。這種方法通過(guò)將濾波系統(tǒng)線性化的手段減少了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及計(jì)算量，僅需一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)即可完成相關(guān)操作，因而在航空航天、水下探測(cè)、物探測(cè)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(cè)量中的應(yīng)用與發(fā)展方向

目前在物探測(cè)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(jià)值更大。傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)需要相關(guān)儀器對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的全貌進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要施放多個(gè)探測(cè)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該環(huán)境的完整描述，且須計(jì)算機(jī)具備較強(qiáng)的計(jì)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(duì)該地形的全貌進(jìn)行完整監(jiān)控，并從中實(shí)現(xiàn)對(duì)大型物質(zhì)的探測(cè)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(shí)到，精密單點(diǎn)定位技術(shù)在物探測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用尚處于起步階段，其所需技術(shù)及測(cè)量?jī)x器大多由國(guó)外機(jī)構(gòu)壟斷，引入時(shí)需要花費(fèi)高昂的費(fèi)用，且某些技術(shù)相關(guān)公司還會(huì)有所保留。這也給我國(guó)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(shí)，基于國(guó)外測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x器自由化。

結(jié)束語(yǔ)：

精密單點(diǎn)定位技術(shù)相關(guān)人員近些年來(lái)對(duì)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(jì)算機(jī)即可進(jìn)行任意地理位置的即時(shí)測(cè)量作業(yè)，且這一過(guò)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(dòng)所需的最主要元素就是能源，對(duì)本地區(qū)地下資源的種類、分布、儲(chǔ)量進(jìn)行合理而有效地探測(cè)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(duì)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(huì)這一理念，又體現(xiàn)了現(xiàn)代人對(duì)于子孫后代的環(huán)境責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1]暢毅，張小紅，郭斐，暢鑫. 非差PPP快速靜態(tài)定位在物探測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪科學(xué)，2012，（05）：33-35+48.

[2]李連江，鞠立華，梁延強(qiáng). 精密單點(diǎn)定位技術(shù)在物探測(cè)量中應(yīng)用[J]. 石油儀器，2009，（04）：43-45+102.

[3]暢毅，魏文宏，張建恩，尹柱庭. 靜態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)在物探測(cè)量中的應(yīng)用初探[J]. 物探裝備，2008，（03）：190-197.

[4]王艷梅，孫旭民. GPS新技術(shù)在石油物探測(cè)量及油田建設(shè)中的應(yīng)用展望[J]. 物探裝備，2005，（03）：210-213.

[5]張繼紅.闡述GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)在測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，（30）