精密單點定位技術在物探測量中應用

隋鐵軍

摘 要：物探測量作為地質勘探行業重要的工作之一，其對特定地區地下資源結構的總結分析具有重要作用。近些年來各種新型勘測技術引入這一工作不僅使物探測量工作人員極大地減輕了工作負擔及工作難度，還對提升物探測量準確性提供了重要保證。基于全球衛星定位系統的精密單點定位技術就成為了這其中重要的技術之一。本文通過分析精密單點定位技術可能出現的誤差及其數學研究方法，簡要地總結目前應用領域及發展前景。

關鍵詞：精密單點定位技術； 物探測量；應用；前景

精密測量技術這一概念誕生于上世紀70年代，其主要思路是用衛星間的鐘差通過某種運算代替衛星與觀察點間的鐘差，然后再用GPS定位方程進行計算，再結合接收機所接收的數據，實現對全球任意區域的準確定位。這種方法是目前GPS技術研究領域的主攻方向，也成為了未來精密動態定位技術研究的重要基礎。由于這種技術的精確性很大程度取決測量時，天文狀態及衛星情況，因而在某些時刻存在一定的誤差。

一、精密單點定位技術誤差因素

精密單點定位技術由于是一種通過GPS衛星定位技術實現準確化單點定位的技術，因而在實際使用中各種空中的干擾因素會成為影響精密單點定位技術精確性的主要因素。具體來看可分為以下幾點：

首先，接收機的鐘差及衛星與測量站的遠近會造成測量精確性一定程度的誤差。這種誤差一般與接收機鐘差大小和衛星與測量站距離成正比。

其次，接收機天線的相位偏差也會給測量精確程度帶來影響，當天線相位中心與其本身中心重合時，這種誤差是不存在的。但實際應用中，接收機的天線需要實時根據衛星在軌道的位置進行轉動，以使信號的接收達到最佳效果，但這就會造成在某些時刻，天線相位中心偏離其本身中心從而帶來誤差，這種誤差有時會高達幾厘米，因此在研究中不可忽略。

再次，由于太陽、月球與地球間的引力作用，會造成地球海面規律性的海潮漲落，這種現象會延長地球地心與太陽及月球間的直線距離，從而影響衛星在軌道運行的單周距離，給精確測量工作帶來一定的誤差。這種誤差同樣比較嚴重，實際測量中該誤差甚至可達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，通常稱為大洋負荷潮。這種誤差相較于前者較小，其誤差范圍僅有毫米級，因而通常忽略不計。

最后，地球不停地自轉使得衛星發出信號時地球各點構成的坐標系與接收機接收時地球各點構成的坐標系有所差別。所以在計算衛星與接收機的距離時應將這一誤差因素計算到其中。

二、精密單點定位技術數學研究方法

各種誤差使得精密單點定位技術所獲得的觀察值通常作為隨機值使用，這種技術所構建的數學模型通常可分為線性和非線性兩種，對于非線性模型通常采用泰勒公式將其轉化為線性模型。而是實際應用中，通常對這一技術取得的參考值用最小二乘法和卡爾曼濾波法進行估計。前者只可用于靜態估計，而后者則可既用于靜態又用于動態，因而在實際測量中使用較廣。

卡爾曼濾波參數估計法是由美國科學家卡爾曼于上世紀五六十年代提出的一種參數估計方法。傳統的研究方法直接輸入的信號過程的二階特性和譜函數進行分析，而這種方法首次對在所研究的輸入信號中進行研究中加入了向量隨機過程和標量隨機過程，因而實現了用狀態方程描述線性系統的功能。同時卡爾曼還在濾波推算領域研究出一種僅需實時數據與之前一個數據的估計量即可推算下一個估計量的方法，解決了原有遞推過程需要大量歷史數據的問題。這種方法通過將濾波系統線性化的手段減少了數據的存儲及計算量，僅需一臺小型計算機即可完成相關操作，因而在航空航天、水下探測、物探測量等領域得以廣泛使用。

三、精密單點定位技術在物探測量中的應用與發展方向

目前在物探測量領域應用精密單點定位技術具有重要的現實作用，特別是在某些特殊地形中，其應用價值更大。傳統的實時動態測量技術需要相關儀器對探測區域內的全貌進行實時監控，需要施放多個探測儀器來實現對該環境的完整描述，且須計算機具備較強的計算處理能力。但在某些地形較為復雜，邊界范圍不明顯的區域，如山地、大陸架等，運用這一方則需要釋放更多的儀器，操作十分復雜，取得的效果也不佳。而精密單點定位技術作為一種以衛星為載體的技術其可以從空中對該地形的全貌進行完整監控，并從中實現對大型物質的探測工作，其精確度與可靠性也符合物探工作的要求。

但我們同樣應該認識到，精密單點定位技術在物探測量領域應用尚處于起步階段，其所需技術及測量儀器大多由國外機構壟斷，引入時需要花費高昂的費用，且某些技術相關公司還會有所保留。這也給我國相關研究人員指明了努力方向，即在不斷探索新技術的研究的同時，基于國外測量儀器進行自主研發，以實現精密單點定位技術測量儀器自由化。

結束語：

精密單點定位技術相關人員近些年來對這一技術的不懈研究已經使這一技術日臻完善。目前已經可以實現使用單一計算機即可進行任意地理位置的即時測量作業，且這一過程的精準度已達到較高水平。這一技術的不斷發展也極大地促進物探工作朝著準確科學的方向發展。眾所周知，人類各類生產生活活動所需的最主要元素就是能源，對本地區地下資源的種類、分布、儲量進行合理而有效地探測可以使當地政府準確掌握本地區資源情況，有規律地對能源使用進行合理統籌，確保能源的可持續性，既踐行了節約型社會這一理念，又體現了現代人對于子孫后代的環境責任。

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