GPS測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用探討

張錢生（青海西礦能源開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000）

GPS測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用探討

張錢生（青海西礦能源開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地礦能源的需求量日益提高，因此，為了提高地礦勘探開采效率，現(xiàn)在GPS測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在地質(zhì)勘探開采方面廣泛應(yīng)用。本文對(duì)GPS地礦勘探技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述并對(duì)具體使用方法進(jìn)行探討，希望能給大家在具體工作中一些有益的參考。

GPS測(cè)量技術(shù)；地礦；地質(zhì)勘探；方法

過(guò)去的地礦測(cè)量工作都是采用常規(guī)測(cè)量技術(shù)，但是由于受到礦區(qū)地形和通視條件的限制，地礦的測(cè)量難度非常大，廣大地礦測(cè)量人員的工作強(qiáng)度也是非常大的。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了GPS全球定位測(cè)量技術(shù)，由于GPS不受地形和通視條件限制，操作也比較簡(jiǎn)便，所以這項(xiàng)技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用于地礦測(cè)量工作中，并且大大的提高了地礦測(cè)量人員的工作難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。

1　GPS測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)述

GPS就是全球定位系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確的進(jìn)行快速定位勘察并獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。衛(wèi)星系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及地面操作系統(tǒng)是整個(gè)GPS系統(tǒng)的主要組成部分，可以利用監(jiān)控系統(tǒng)接受衛(wèi)星數(shù)據(jù)，傳輸?shù)讲僮飨到y(tǒng)，用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，迅速分析接收信息，以三維的信息方式，傳輸?shù)较嚓P(guān)界面。該項(xiàng)技術(shù)具有全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性的精準(zhǔn)三維導(dǎo)航功能。GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于地礦測(cè)量中時(shí)，不需要建造坐標(biāo)，點(diǎn)位無(wú)需選擇在制高點(diǎn)上，可快速測(cè)量個(gè)級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)，并且大大避免了常規(guī)導(dǎo)線測(cè)量和三角測(cè)量的耗時(shí)耗力、精準(zhǔn)度低、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等不足。

2　GPS技術(shù)在地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用前景分析

由于GPS技術(shù)具有對(duì)坐標(biāo)系中的每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全天候的三維定位功能，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度可以達(dá)到厘米級(jí)別并且可以同步傳輸，另外可以有效降低地質(zhì)勘探測(cè)量人員在野外的工作量和工作強(qiáng)度，所以GPS的測(cè)量效率是毋庸置疑的，因此，GPS測(cè)量技術(shù)在未來(lái)的地質(zhì)測(cè)量勘探工作中一定會(huì)有很大的發(fā)展空間。不僅可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)剖面測(cè)量、鉆孔測(cè)設(shè)等相對(duì)簡(jiǎn)單的地質(zhì)測(cè)量工作，甚至還可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)和礦產(chǎn)能源管理工作。將GPS技術(shù)用于災(zāi)害預(yù)測(cè)管理主要是借助GPS全球覆蓋和全天候三維導(dǎo)航的功能檢測(cè)地球各區(qū)域的板塊活動(dòng)，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)板塊異動(dòng)而引起的諸如地震、海嘯等地震災(zāi)害。將GPS技術(shù)用于礦產(chǎn)管理工作主要是應(yīng)用GPS技術(shù)對(duì)礦產(chǎn)能源的分布進(jìn)行定位，測(cè)算出礦產(chǎn)能源的種類、分布面積和合理開發(fā)范圍等，以便防止開采越界的發(fā)生，同時(shí)最大限度的保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。

3　GPS測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用步驟

GPS測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘探中應(yīng)用首先要進(jìn)行GPS控制網(wǎng)的勘探點(diǎn)放樣布設(shè)工作，然后是針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行GPS測(cè)量作業(yè)，最后是進(jìn)行GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理工作，以便為礦山的開采提供最終的數(shù)據(jù)支持。

（1）布設(shè)GPS控制網(wǎng) 利用GPS技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí)要依據(jù)礦區(qū)情況選擇合適的網(wǎng)型，并且在礦區(qū)內(nèi)布設(shè)不少于3個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)，這3個(gè)控制點(diǎn)最好選擇在視野比較開闊的區(qū)域以便于測(cè)量工作的開展。一般測(cè)量工作采用雙頻或者單頻GPS接收機(jī)來(lái)完成測(cè)量工作都可以，另外，衛(wèi)星截止高度角應(yīng)不低于15°，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)應(yīng)不低于4個(gè)。

（2）煤田地質(zhì)勘探點(diǎn)放樣 煤田地質(zhì)勘探點(diǎn)放樣工作根據(jù)具體情況一般有以下兩種措施。

①GPS技術(shù)結(jié)合全站儀測(cè)量法。布設(shè)鉆探點(diǎn)時(shí)可以采用GPS技術(shù)結(jié)合全站儀測(cè)量法，勘探點(diǎn)布設(shè)密度及方向要結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際施工面積以及地質(zhì)特征進(jìn)行確定。一般需在勘探點(diǎn)周圍布設(shè)兩個(gè)以上的GPS控制點(diǎn)，等到布設(shè)結(jié)束后施工人員就可把全站儀分別布設(shè)到每個(gè)勘探控制點(diǎn)上面，以便及時(shí)計(jì)算出鉆探點(diǎn)和已知點(diǎn)二者之間的距離和方位角度，然后采用極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣，并把實(shí)際點(diǎn)位數(shù)據(jù)測(cè)量出來(lái)。對(duì)于勘探點(diǎn)高程一般需要采用全站儀三角高程開展測(cè)量工作。

②GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量放樣法。GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量放樣法（又叫做RTK）適合分布規(guī)律和密度都比較大的勘探點(diǎn)測(cè)量，然后對(duì)煤田地質(zhì)勘探點(diǎn)進(jìn)行放樣。具體操作步驟是先把一臺(tái)GPS接收機(jī)安放到已知勘探點(diǎn)上面，并將其作為基準(zhǔn)站；隨后將基準(zhǔn)站高程、坐標(biāo)以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入到GPS控制手簿里，并在上面至少設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)來(lái)做流動(dòng)站。基準(zhǔn)站與流動(dòng)站需同步接收衛(wèi)星信號(hào)，并且流動(dòng)站會(huì)先接收住基準(zhǔn)站發(fā)出來(lái)的數(shù)據(jù)，然后再把數(shù)據(jù)傳送至控制手薄，實(shí)施實(shí)時(shí)差分和平差處理，從而獲取本站坐標(biāo)、高程和它實(shí)測(cè)精度。

（3）GPS作業(yè)

GPS野外作業(yè)最少需要用到3臺(tái)以上的GPS接收機(jī)，并借助以邊連接大概點(diǎn)的連接方式實(shí)施同步觀測(cè)。測(cè)量過(guò)程中還需要建立相應(yīng)的子環(huán)路所構(gòu)成的閉合式大概網(wǎng)環(huán)路的GPS網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤時(shí)，還可以在測(cè)量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。測(cè)量時(shí)間大概一小時(shí)左右，如果在已知的高等級(jí)控制點(diǎn)之間開展觀測(cè)工作，其測(cè)量時(shí)間將會(huì)有所延長(zhǎng)。

（4）GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理工作

GPS的數(shù)據(jù)處理分為以下五個(gè)主要步驟：

①數(shù)據(jù)采集。當(dāng)所有的設(shè)備安裝調(diào)試完畢后，GPS接收機(jī)正式啟動(dòng)會(huì)采集相關(guān)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備中。

②數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)GPS系統(tǒng)采集到的各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存在設(shè)備后，會(huì)分流各種數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給相應(yīng)的工作人員。

③數(shù)據(jù)預(yù)處理。當(dāng)工作人員接到GPS數(shù)據(jù)后，就是數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程，這個(gè)過(guò)程就是對(duì)各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和分類，并將多余的和沒(méi)用的信息排除，以便生成各種操作性強(qiáng)的數(shù)據(jù)文件。等到文件生成之后，還要確保數(shù)據(jù)文件格式的統(tǒng)一性。數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是就是為了進(jìn)一步凈化觀測(cè)值，使得觀測(cè)值精度得以提高。

④基線結(jié)算。解算基線數(shù)據(jù)時(shí)，就需采用刪時(shí)間、刪衛(wèi)星并借助不同誤差改正模型等措施人工干預(yù)基線的解算工作。

⑤GPS網(wǎng)平差。當(dāng)基線解算工作完成后，可直接步入平差程序，也就可以迅速得出結(jié)果。GPS網(wǎng)平差的目的就是為了消除由于觀測(cè)量和已知條件中所存在的誤差而引起的GPS網(wǎng)在幾何上的不一致，通過(guò)網(wǎng)平差得出一系列精度指標(biāo)，結(jié)合這些指標(biāo)可以設(shè)法確定質(zhì)量不佳的觀測(cè)值，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。經(jīng)過(guò)網(wǎng)平差后測(cè)量精度最高可達(dá)數(shù)萬(wàn)分之一，這極大的滿足了煤田地質(zhì)勘探精準(zhǔn)度高的要求。

4　GPS技術(shù)在地質(zhì)勘探中的具體應(yīng)用

①GPS技術(shù)在控制測(cè)量中的應(yīng)用。控制測(cè)量關(guān)系到地質(zhì)勘探的整體，包括各類工程點(diǎn)，如：定位、放樣等。而GPS技術(shù)是為控制測(cè)量提供約束環(huán)境，將控制測(cè)量的誤差減小到最低。

②GPS技術(shù)在水準(zhǔn)高程中應(yīng)用。在部分規(guī)模比較小的地質(zhì)勘探項(xiàng)目中，勘探人員利用常規(guī)的測(cè)量方式，往往比較忽略水準(zhǔn)高程的價(jià)值，致使水準(zhǔn)高程的測(cè)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而準(zhǔn)確性降低。所以此時(shí)可以借助GPS技術(shù)聯(lián)合高程網(wǎng)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確程度。GPS在水準(zhǔn)高程中測(cè)量時(shí)，在定位方面表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性，利用動(dòng)態(tài)設(shè)置的方法，確保測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)靜止。為盡量降低水準(zhǔn)高程中的誤差，可以手動(dòng)刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，獲取準(zhǔn)確的基線結(jié)果，提高勘探能力。

③GPS技術(shù)在虛擬技術(shù)的應(yīng)用。過(guò)去傳統(tǒng)的測(cè)量方法和人工參與都會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，誤差或大或小，但是由于誤差導(dǎo)致的礦山開采安全事故卻都是很大的，因此，我們應(yīng)該盡量避免這種誤差。虛擬技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)的一種省級(jí)表現(xiàn)，可以通過(guò)模擬現(xiàn)實(shí)的地質(zhì)環(huán)境，讓計(jì)算機(jī)對(duì)可能發(fā)生操作危險(xiǎn)的地段進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑷S的測(cè)量圖準(zhǔn)確、清晰的反應(yīng)出來(lái)，測(cè)繪操作人員只需要通過(guò)電腦就能夠完成測(cè)繪工作，大大提升了測(cè)繪人員的工作的安全性。

④GPS技術(shù)在細(xì)微信號(hào)環(huán)境中的應(yīng)用。由于部分地區(qū)的地質(zhì)地形環(huán)境較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探技術(shù)在這種特殊情況下無(wú)法接受反射或折射信號(hào)，或信號(hào)強(qiáng)度非常弱，不能得出精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果。因此，當(dāng)前地質(zhì)測(cè)量人員考慮到可以在細(xì)微信號(hào)環(huán)境中使用GPS技術(shù)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行勘探測(cè)繪工作。通過(guò)衛(wèi)星定位地質(zhì)勘探點(diǎn)，準(zhǔn)確了解所測(cè)量的地質(zhì)環(huán)境，手動(dòng)輸入相關(guān)的勘探數(shù)據(jù)，將GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，同時(shí)根據(jù)地質(zhì)勘探的實(shí)際環(huán)境，設(shè)置流動(dòng)站，在基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的參與下，準(zhǔn)確傳遞衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取地質(zhì)信息。通常在細(xì)微信號(hào)環(huán)境中為了提高信號(hào)獲取強(qiáng)度，使用GPS技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí)一般會(huì)布設(shè)多臺(tái)流動(dòng)站，以便提高信號(hào)強(qiáng)度和準(zhǔn)確性。

5　結(jié)語(yǔ)

總之，GPS測(cè)量技術(shù)因其較高的測(cè)量精度和便捷快速的操作程序都讓它在地礦勘探工程中具有無(wú)可替代的作用，因此，我們必須加緊學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)的GPS測(cè)量技術(shù)，以便進(jìn)一步提升我國(guó)的地礦勘探水平。

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