地質(zhì)找礦中GPS的運用

江華彬

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九四〇隊廣東清遠(yuǎn)511500）

地質(zhì)找礦中GPS的運用

江華彬

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九四〇隊廣東清遠(yuǎn)511500）

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量不斷變大，而消耗也日益加劇。巨大的礦產(chǎn)需求推動著地質(zhì)找礦事業(yè)的發(fā)展。GPS的應(yīng)用逐漸受到地質(zhì)找礦事業(yè)的親睞，本文主要介紹了GPS系統(tǒng)以及其在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用，希望能為工程實踐提供幫助和參考。

地質(zhì)找礦GPS運用

0　引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷深入壯大，尤其是在改革開放以來，礦產(chǎn)資源的消耗日益加深，與此同時，需求量只增不減，尤其是對金、銀、銅等有色金屬礦的需求。日益加劇的礦產(chǎn)資源供需矛盾，在客觀上推動了地質(zhì)找礦事業(yè)的發(fā)展。因此，地質(zhì)找礦工作也就變得相當(dāng)重要了。

為了獲取更多的礦產(chǎn)資源的儲藏信息，加強(qiáng)對礦產(chǎn)資源的勘探，越來越多的高科技應(yīng)運而生。從上世紀(jì)末開始，GPS技術(shù)得到迅猛發(fā)展，定位精度高，用戶設(shè)備尺寸小、重量輕，系統(tǒng)應(yīng)用軟件實用方便，應(yīng)用成本低，等等這些強(qiáng)大的功能，都使得GPS在地質(zhì)找礦中逐漸獲得親睞。

1　 GPS系統(tǒng)

1.1 GPS的含義

GPS的全稱是Global Positioning System,可簡稱為GPS，中文全稱是"導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)",也就是我們常說的全球定位系統(tǒng)。在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范,英文名為Geometrical Product Specifications,簡稱為GPS。另外一種含義為G/s（GB per second）。GPS(Generalized Processor Sharing)廣義為處理器分享，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量控制中的專用術(shù)語。這里我們指全球定位系統(tǒng)。GPS起源于1958年，是美國為供軍方使用而研發(fā)設(shè)計的,后來隨著經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對全球定位系統(tǒng)日益需要,全球定位系統(tǒng)才開啟民用功能，為普通民眾所使用。隨著越來越多的使用，系統(tǒng)技術(shù)也就得到了深度開發(fā)和廣泛的應(yīng)用。直到1994年，已形成了由24顆衛(wèi)星(含3顆備用衛(wèi)星)組成的衛(wèi)星系統(tǒng),并且它在全球范圍內(nèi)均能使用。由于GPS具有實時、連續(xù)、全天候的導(dǎo)航定位及授時服務(wù)等強(qiáng)大的功能,所以在很多行業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 GPS的構(gòu)成

GPS由三大部分構(gòu)成，它們分別是：空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站以及用戶設(shè)備。下面將分別對其各部分功能進(jìn)行具體介紹。

（1）GPS地面監(jiān)控站.一個主控站、三個注入站以及五個監(jiān)測站組成了GPS地面監(jiān)控站。首先各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，然后主控站根據(jù)得到的數(shù)據(jù)來計算各衛(wèi)星的軌道、鐘差參數(shù)等,并把這些數(shù)據(jù)制成導(dǎo)航電文,傳給各注入站,最后再由注入站將導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器中。

（2）GPS用戶設(shè)備.GPS用戶設(shè)備的各部分是：數(shù)據(jù)處理軟件、GPS接收機(jī)及其終端設(shè)備。GPS接收機(jī)可以對衛(wèi)星的運行進(jìn)行跟蹤，并對信號進(jìn)行放大、交換及處理,再由終端設(shè)備及相應(yīng)軟件,通過基線解算、網(wǎng)平差,求出GPS接收機(jī)中心，也就是測站點的三維坐標(biāo)。按一定的衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號也會被GPS接收機(jī)捕獲。

1.3 GPS的定位原理

GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn)的。如圖1所示,待測點A處，設(shè)置GPS接收機(jī),在某一時刻同時接收到4顆(或4顆以上)衛(wèi)星：B1、B2、B3、B4所發(fā)出的信號。計算和處理所得到的數(shù)據(jù),便可求得該時刻測站點與衛(wèi)星之間的距離l1、l2、l3、l4。再通過衛(wèi)星星歷查詢4顆衛(wèi)星該時刻的三維坐標(biāo)，如B1(x1,y1,z1),設(shè)A點的三維坐標(biāo)為(x,y,z)，從而根據(jù)公式(x-x1)2+(y-y1)2=l12，其它與此類似，此處不再贅述，由此即可計算出出A點的三維坐標(biāo)(x,y,z)。

圖1　

2　 GPS在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，GPS在地質(zhì)找礦中得到越來越多的重視與應(yīng)用。控制測量、地形測繪、地質(zhì)測量、工程點測量、物化探網(wǎng)點測量等都應(yīng)用到了GPS技術(shù)。

2.1地質(zhì)工程測量

地質(zhì)工程測量，第一步就是地形測繪。這樣就是為了給礦區(qū)提供地形圖，而地形圖的比例尺不盡相同，依據(jù)這些圖紙，來對各工程點的位置，比如井探、槽探等等來進(jìn)行準(zhǔn)確的測定。在以往的比較傳統(tǒng)的測圖方法中，較為突出的有經(jīng)緯儀和測距儀等等，這種方法長分為三個步驟：（1）布設(shè)控制網(wǎng)點（2）加密次級控制網(wǎng)點（3）依據(jù)加密的控制點和圖根控制點。這些常見的傳統(tǒng)做法，有其存在的價值和優(yōu)勢，然而時代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，很多程度上舊方法已經(jīng)不能滿足了，應(yīng)用新興技術(shù)是大趨勢。對此，GPS技術(shù)強(qiáng)大的優(yōu)秀特性：高速度、高精度、便捷操作以及低廉的費用等等。現(xiàn)在已經(jīng)在測定各級控制點坐標(biāo)以及其它地質(zhì)工程測量上有廣泛的應(yīng)用。

2.2 GPS網(wǎng)的建立

如果面對一個剛發(fā)現(xiàn)的礦區(qū)，卻沒有詳細(xì)的大比例的地形圖，這個時候就是GPS網(wǎng)的用武之地了。GPS網(wǎng)，也即勘探網(wǎng)，是各種地質(zhì)勘探工程最基本的控制網(wǎng)，所以面對上述情況首先就應(yīng)該在礦區(qū)建立這樣一個GPS網(wǎng)。在礦區(qū)，讓地質(zhì)技術(shù)人員制作一個簡易的GPS控制網(wǎng)，由此來確定起始基線點的坐標(biāo)，然后才能進(jìn)行測設(shè)基線的工作，這樣才能進(jìn)行地質(zhì)工作。想要完成其它地質(zhì)工程測量的任務(wù)，就首先要建立好礦區(qū)的GPS控制網(wǎng)，只有這樣，才能為地質(zhì)工作省下不必要的開支和時間上的消耗，從而帶來更大的效益，不管是經(jīng)濟(jì)上還是時間、人力上，這都是地質(zhì)工作最愿意看到的結(jié)果。

2.3勘探線剖面測量

在確定好基線點之后，就要在基線點設(shè)站和架設(shè)儀器，進(jìn)行測量工作的主線。將相鄰的基線點作為零方向，再按順時針方向，將望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)90度，這時就可以對勘探線方向進(jìn)行施測剖面。運用GPS，在勘探方向點依次測定各個勘探工程點、地形點的坐標(biāo)以及地形平坦的地區(qū)，為了便于良好的透視。當(dāng)把這些工作都完成之后，整理資料，便可繪制出礦區(qū)的剖面圖。

2.4 GPS測量數(shù)據(jù)的處理

GPS測量的數(shù)據(jù)，要從最原始的觀測值出發(fā)，經(jīng)過處理，最終才可以定位成功。數(shù)據(jù)處理一般有兩個階段，分別是GPS網(wǎng)平差階段，GPS基線向量解算階段，運用的數(shù)據(jù)處理軟件都是隨機(jī)軟件。經(jīng)基線解算和高程擬合后，再由質(zhì)量檢核，網(wǎng)平差和外業(yè)重測，最終得到GPS控制點的三維坐標(biāo)。根據(jù)情況解算后的相對精度會滿足地質(zhì)工作的要求水準(zhǔn)。這里僅是方法上的介紹，具體數(shù)據(jù)應(yīng)以實際的礦區(qū)測量為準(zhǔn)。

3　 GPS在其他地質(zhì)工作上的應(yīng)用

除了地質(zhì)找礦工作，GPS在其他地質(zhì)工作上也有廣泛的應(yīng)用。

例如在野外化探掃面即水系沉積的測量采樣工作中，就需要用到GPS技術(shù)，并且在這里更是凸顯其強(qiáng)大的功能。由于GPS的高精度定位，并且獲取坐標(biāo)信息的時間非常之快，速度達(dá)到每一秒鐘就可獲取一次，利用航跡監(jiān)控，更加確保能夠獲得精確的位置信息，并且可信度足夠高，從而也就保證了采樣的質(zhì)量，對地質(zhì)工作給予相當(dāng)大的幫助。

4　結(jié)語

對于一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來講，礦產(chǎn)資源占有非常重要的地位。為了緩解我國礦產(chǎn)資源供需之間的矛盾，為了使我國礦產(chǎn)資源的供應(yīng)能夠更好地匹配經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，加強(qiáng)地質(zhì)勘測的力度已經(jīng)是刻不容緩，國家政府也正在積極號召中。GPS技術(shù)在地質(zhì)找礦中的廣泛運用，為科技化發(fā)展作出了非常好的示范。大力發(fā)展科技，追求創(chuàng)新與高新，地質(zhì)勘測工作逐步科技化，減少時間與人力，提高地質(zhì)找礦的工作效率，進(jìn)一步擴(kuò)大資源的開發(fā)利用，減少資源的不必要的消耗，等等這些都是為了我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供中堅力量，也正是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展才能反過來促進(jìn)資源的開發(fā)、科技的進(jìn)步。這樣的發(fā)展，才能真正使得經(jīng)濟(jì)騰飛，國家進(jìn)步，社會發(fā)展。

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[2]方發(fā)吉，高圣益.GPS在峽谷地帶測量中的應(yīng)用[J].人民長江.1998，29(11).

[3]劉大杰.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].上海:同濟(jì)學(xué)出版社,1996.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-218-2