GPS快速靜態定位方法在地質測繪項目中的實施及精度探討

王東亮

(黑龍江省煤田地質一○八勘探隊，黑龍江 雞西 158100)

?

GPS快速靜態定位方法在地質測繪項目中的實施及精度探討

王東亮

(黑龍江省煤田地質一○八勘探隊，黑龍江 雞西 158100)

摘要：文中介紹了GPS快速靜態定位方法的基本原理，主要技術特征優勢及在地質測繪方面的主要應用。通過實例闡述了GPS快速靜態定位功能在地質測繪中的應用，分析了GPS快速靜態定位在實例中的精度問題。

關鍵詞：GPS快速靜態定位；精度；地質測繪

0引言

目前，GPS定位技術已廣泛用于大地測量和工程測量的各個領域，特別是近幾年來，隨著由于北斗衛星導航定位系統的加入，國產GPS廠家及銷售公司的增多，GPS接收機價格得到了大幅的下降，GPS接收機在各個測繪單位得到了大量的普及和應用，而GPS技術在地質測繪中以較大的優勢基本替代了傳統測量方法，尤其是對低等級的控制測量及測量一些對精度有一定要求的地質點、工程點、鉆孔、槽探位置等，GPS快速靜態定位都得到了廣泛的應用，并且取得了較高精度。

1GPS快速靜態定位在GPS測量模式中的優越性

近年來隨著GPS定位技術在測繪行業中的廣泛應用，地勘行業測繪工作現在也廣泛的應用了GPS技術進行測量，在GPS接收機中，GPS的測量模式，一般分類都是分為，靜態測量模式跟動態測量模式。靜態測量模式以其高精度獲得廣泛應用，其觀測時間一般需要1 h左右，甚至更長時間。動態測量模式其精度較低，尤其是在測量環境較困難的地區對坐標的影響較大，它在1~2 min之間的短時間內即可觀測，但容易出現偶然誤差，在觀測條件較困難地區高程精度更加無法等到保證。動態測量對測量環境要求較嚴，對我們地質測繪有一定局限性，我們地質勘探經常在深山密林中經常信號差無固定解，影響我們的使用。還有就是動態模式測量范圍也只能在一個較小區域內，不適合我們大面積勘探區的應用。而在地質測繪里,我們在低等級的控制測量和工程點位測量中,就經常使用快速靜態定位方法進行測量。特別是對大量的地質點位，工程點位，鉆孔位置等對點位及高程精度有一定要求的點位測量中我們既節省工作時間，提高效率，又想達到精度的要求。

2GPS快速靜態定位的基本原理

GPS測量能夠準確定位的前提，就是需要正確地確定整周未知數(模糊度或模糊值)。在靜態GPS測量中，之所以要觀測較長的時間，其主要目的就是為了能正確確定模糊度，也就是說，GPS定位所需的時間就是正確確定模糊度所需的時間。因此，快速解算確定模糊度就成了提高GPS測量作業效率，加快定位速度的關鍵。常用方法有多種，我們地質測繪中經常使用的是兩次設站法，即：在短基線的靜態定位中要觀測較長時間，主要原因是在較長時間內衛星的幾何圖形有較大的變化，致使法方程式有較好的狀態參數，因而能正確確定模糊度和基線向量。實施兩次設站法，只需在每個待定點上觀測幾分鐘時間，經過1~2 h后再依次在每個待定點上觀測幾分鐘，在兩次觀測間隙期內無需保持對衛星的連續跟蹤觀測。兩組數據合起來，就可以成功地確定模糊度。

3工程實例及分析

3.1測區概況

永安一區煤炭詳查區位于黑龍江省雞東縣永安鎮境內，行政區劃隸屬黑龍江省雞西市雞東縣永安鎮管轄。其地理坐標為：東經131°16′15″～131°32′30″；北緯45°17′15″～45°24′00″。勘查面積30 km2，勘查深度為垂深1 200 m以淺。勘查區位于雞西盆地北部拗陷的東北部，地形地貌以低山～丘陵為主。勘查區北部靠近盆地基底，南部有平麻斷裂(F1)通過。勘查區總體構造形態為一軸向SWW～NE向不對稱的復向斜構造。向斜北翼地層傾角緩，南翼地層傾角陡。主向斜南北兩側各有一個次級小背斜，被幾個不同方向的斷層所切割。礦區交通方便，有雞虎公路至勘探區內，公路里程20 km。勘探區地形復雜，有大鍋盔山、小鍋盔山、民主南山等丘陵、低山。地面起伏多，平坦地區是大片水田地覆蓋，丘陵地區為林區區段。

3.2控制點靜態測量及快速靜態測量不同時長解算誤差比較

測區內及周邊有國家三角點六個，分別為發展村西Ⅱ，尖山子Ⅲ，東海村東Ⅲ，永政村Ⅲ，永寧南山Ⅱ，小鍋盔山Ⅱ。測區控制網平面采用1980年國家大地坐標系，按3°分帶，中央子午線132°。測區高程采用1985年國家高程基準。本次工作利用發展村西Ⅱ和永寧南山Ⅱ兩個國家三角點進行控制測量，以上各點標石保存完好可供利用。本測區控制測量利用發展村西和永寧南山為起算點進行坐標聯測，共測設(GPS)工程控制點12個。控制面積10 km2。測量地質工程點位19個。

下面是我們通過對該工程項目周圍進行實地踏勘、選點、布網、野外數據采集、內業平差處理的成果以及對成果的分析。在對GPS控制網的網型設計的研究中，這里對比較常見的點連式、邊連式和邊點混連式這三種形式進行分析研究。這次數據采集用的是拓撲康的三臺套的靜態GPS接收機，采用三角形形式進行觀測，每站的觀測時間為90 min，采樣間隔為15 s，高度角為15°，測區情況基本達到要求，有效衛星數、PDOP值均達到觀測要求。數據處理時以A005點為已知點。使用的是拓撲康的pinnacle平差軟件。控制網圖如圖1所示，采用邊點混連式連網方法對其觀測成果進行解算，閉合環最大節點數3；閉合環總數12；同步環總數7；異步環總數5。

靜態測量平差后各點坐標和點位精度表1。

表1　數據參數

續表1

點名X坐標Y坐標rms/mmdx/mmdy/mmA00410314.20420000.0000.0000.0000.000A00510000.00020000.0000.0000.0000.000A0069872.06420267.5770.3531.9471.323A00710095.04220476.3780.8712.4601.480A00810319.38020566.6700.9911.5801.211A00910636.28420506.2870.4561.1160.935A01010427.73920458.3320.6791.3211.036A01110217.01520369.1870.5952.0771.556A01210498.84920259.2170.4612.0351.384

圖1　控制網圖

為了檢驗GPS快速定位測量的效果，基線處理時分別取前25、20、10、 5min的觀測數據，采用拓撲康的pinnacle平差軟件對數據進行了時段拆分及解算，各種時長平差結果見表2。

表2　不同時長段觀測方案的平差結果

3.3數據成果誤差分析及應用推廣

GPS網采用邊點混連式網，接收的觀測數據使用拓撲康的pinnacle平差軟件對各組數據進行基線處理后，基線結果全部符合要求，基線的單位權觀測值中誤差(rms)的限值均未超限。由表2中的實驗數據可以看出，GPS接收機的快速靜態定位測量模式，其精度能夠滿足低等級控制測量的需求。以此類推快速靜態測量的精度，就更加能夠滿足該項目其余19個地質工程點位測量的精度要求。并且在其他多數行業的工程點位測量均能滿足要求，試想如果想要施測一個精度要求較高的工程點位，在除去使用全站儀的情況下，用GPS-RTK即GPS動態測量，雖然時間需要1~2 min，但精度誤差無法得到滿足；而做GPS靜態測量60 min以上，又費時費力；如果我們用5~15 min的快速靜態模式就即滿足了精度要求又增加了工作效率。所以快速靜態在各個行業及工程之間的應用意義重大。

4結束語

快速靜態定位法以其高精度、高效率、高效益的優勢，在地質勘探工程測量中取代靜態法已經成為必然。因其精度的情況而言，它具有觀測時間短，山區、林區定位精度高,可以達到厘米級精度,且不累計傳點誤差,雙頻接收更是在較短觀測時間段，就可觀測較大的接收數據量。并具備操作簡單方便,測量觀測時間短，誤差低，精度高，同時減輕勞動強度等特點。GPS快速靜態定位技術的廣泛使用,使地質勘探中的低等級控制測量工作效率得到了很大的提高,在生產方式方法上有了很大的變革,使傳統的作業觀念得到更新,促進了地質勘探行業的技術進步。

參考文獻

[1]劉基余，李征航，王躍虎，等.全球定位系統原理及應用[M].北京：測繪出版社，1993.

[2]徐邵銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢大學出版社，2002.

[3]全球定位系統(GPS)測量規范.GB/T18314-2001.

[4]地質礦產勘查測量規范.(GB/T 18341—2001).

COMPASS in the Mapping of Geological Exploration

WANG Dong-liang

(Heilongjiang Province Coalfield Geology 108 Exploration Team, Jixi 158100, Heilongjiang Province, China)

Abstract:This paper introduces the basic principle of GPS fast static positioning method, the main technical characteristics of advantages and is mainly used in geological exploration and surveying and mapping. Through examples this paper expounds the function of GPS fast static positioning application in geological surveying and mapping, analyzed the GPS fast static positioning accuracy problem in the instance.

Key words:GPS fast static positioning; Accuracy; Surveying and mapping for geology

中圖分類號：P25

文獻標志碼：B

文章編號：1009-3230(2016)03-0018-03

作者簡介：王東亮(1983-)，男，工程師，本科，工學學士學位，黑龍江省煤田地質一○八勘探隊擔任測量隊長工作。

收稿日期：2016-01-25

修訂日期：2016-02-27

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2016.03.005