淺談地質(zhì)勘探測(cè)量GPS 定位系統(tǒng)及全站儀的運(yùn)用

吳志剛 吳雪峰 閆立東 王煒琪

吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局六0 八隊(duì)，吉林長(zhǎng)春 130507

1.GPS 技術(shù)特點(diǎn)

1.1 各觀測(cè)站間無(wú)通視要求

經(jīng)典測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)勘探中的一大問題就是必須保證各控制點(diǎn)之間的通視條件良好，還要保證結(jié)構(gòu)良好的控制網(wǎng)，這就造成在實(shí)際勘探中的困難重重。GPS 系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)站間的通視條件沒有要求，所以不需要再建覘標(biāo)。GPS 系統(tǒng)的這一特點(diǎn)在地質(zhì)勘探測(cè)量中的使用大大節(jié)省人力物力和費(fèi)用，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得更為靈活。

1.2 衛(wèi)星定位的精度較高

我國(guó)現(xiàn)在的 GPS 定位技術(shù)在實(shí)際測(cè)量中，比如 50km 的基線上，相對(duì)精度能夠達(dá)到（1～2）×10-6，而且基線越長(zhǎng)，GPS 測(cè)量的相對(duì)精度也就越高。

1.3 能夠提供三維坐標(biāo)。使用 GPS 測(cè)量，不但可以獲得觀測(cè)站的精確平面位置，同時(shí)還能夠 測(cè)定觀測(cè)站精確的大地高程。GPS 定位系統(tǒng)的這一大優(yōu)點(diǎn)，不單為大地水準(zhǔn)面形狀的研究和地面點(diǎn)高程的確定創(chuàng)造了新的方法，同時(shí)，也能夠給航空物探、精密導(dǎo)航及航空攝影測(cè)量等領(lǐng)域提供至關(guān)重要的高程信息。

1.4 測(cè)量操作簡(jiǎn)單

使用 GPS 進(jìn)行的測(cè)量工作是高度自動(dòng)化的。在測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員的只需要量取儀器高，然后開關(guān)儀器，并監(jiān)測(cè) GPS 接收機(jī)的工作狀態(tài)即可而且，隨著技術(shù)的發(fā)展，GPS 接收機(jī)的質(zhì)量和體積越來(lái)越小，儀器的功耗越來(lái)越低。

1.5 測(cè)量時(shí)間短

隨著實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和快速靜態(tài)定位技術(shù)的產(chǎn)生，在放樣測(cè)量和地形測(cè)量等一般的測(cè)量工作中，一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間已經(jīng)可以縮短為以秒為計(jì)量單位的程度。

2.全站儀的工作原理

全站儀主要分為以下幾種結(jié)構(gòu)類型：一種是整體型全站儀；另一種是積木型全站儀。針對(duì)前者來(lái)說(shuō)，主要是利用電纜將每一個(gè)部分連接起來(lái)的，要比整體型全站儀的精度稍微遜色一些，因此在開展礦山測(cè)量工作的時(shí)候往往以整體型全站儀為主。從功能上來(lái)講，全站儀可以分為以下幾種類型：其一，經(jīng)典型；其二，智能型；其三，機(jī)動(dòng)型；其四，無(wú)目標(biāo)型。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，礦山測(cè)量工作中使用經(jīng)典型全站儀的次數(shù)比較頻繁，即全站儀具有基本程序以及功能，而機(jī)動(dòng)型加裝了電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)化。就無(wú)目標(biāo)型全站儀而言，實(shí)質(zhì)上是指在測(cè)量期間不需要棱鏡就可以達(dá)到測(cè)量數(shù)據(jù)的效果，智能型全站儀其實(shí)是無(wú)目標(biāo)型全站儀的升級(jí)版，完全可以達(dá)到智能化的效果。

3.全站儀在地質(zhì)勘探測(cè)量測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 操作及使用

（1）野外作業(yè)前準(zhǔn)備工作：

①檢查全站儀是否在鑒定證書合格期內(nèi)，確定是否為可用正常設(shè)備；②檢視全站儀腳螺旋和微調(diào)等螺旋是否在初始零位置；儀器箱內(nèi)量高鋼尺，海拔儀和溫度計(jì)等工具是否齊全；③在全站儀中新建項(xiàng)目，將已知控制點(diǎn)坐標(biāo)和放樣點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)上傳到全站儀的新建項(xiàng)目中。

（2）到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)后，打開儀器箱，在已知控制點(diǎn)處架設(shè)全站儀，并開機(jī)預(yù)熱2-3 分鐘，查看海拔儀和溫度計(jì)，讀取氣壓和溫度，并輸入全站儀的指定項(xiàng)目中。

（3）對(duì)中整平全站儀，進(jìn)行測(cè)站定向工作。

①輸入測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)號(hào)A，全站儀自動(dòng)提取對(duì)應(yīng)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，確認(rèn)后量取和輸入儀器高；②詢問和輸入后視點(diǎn)點(diǎn)號(hào)B，全站儀自動(dòng)提取對(duì)應(yīng)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，詢問和輸入后視點(diǎn)棱鏡高，最后回報(bào)確認(rèn)后視點(diǎn)點(diǎn)號(hào)及棱鏡高。③望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)棱鏡，然后按測(cè)量鍵并確認(rèn)，完成測(cè)站后視定向工作。④定向起算邊長(zhǎng)的檢核：使用全戰(zhàn)儀內(nèi)的放樣功能，放樣后視點(diǎn)B，檢查起算邊長(zhǎng)誤差是否符合精度，通常實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)與坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)的相對(duì)誤差應(yīng)小于1/4000。否則，測(cè)站點(diǎn)或后視點(diǎn)就有問題。

（4）開始放樣工作。

①輸入放樣點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，全站儀自動(dòng)提取對(duì)應(yīng)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，并顯示放樣點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)的方向和距離。②將水平度盤旋轉(zhuǎn)到放樣點(diǎn)方向，并鎖定水平度盤，使用望遠(yuǎn)鏡粗瞄，指導(dǎo)司尺員到達(dá)預(yù)定放樣點(diǎn)方向上，通知司尺員面對(duì)儀器方向向左/向右移動(dòng)棱鏡桿。③指導(dǎo)司尺員調(diào)整棱鏡，使棱鏡在望遠(yuǎn)鏡視線以內(nèi)，最終到達(dá)全戰(zhàn)儀望遠(yuǎn)鏡十字絲附近，然后測(cè)量距離，全戰(zhàn)儀顯示當(dāng)前棱鏡位置的前后偏距，并通知司尺員相對(duì)儀器延長(zhǎng)/縮短的距離。④接近放樣點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)位置處時(shí)，望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)棱鏡桿根部，指導(dǎo)司尺員調(diào)整方向，使得棱鏡桿根部位于望遠(yuǎn)鏡豎絲方向上，然后搏動(dòng)豎直方向瞄準(zhǔn)棱鏡，再次測(cè)量距離，再次通知司尺員相對(duì)儀器延長(zhǎng)/縮短的距離，直至最終放樣點(diǎn)的方向和距離的偏距都滿足放樣精度要求。（在以上放樣過程中，水平度盤始終鎖定在放樣點(diǎn)的方向上，測(cè)量員須指導(dǎo)司尺員來(lái)調(diào)整棱鏡位置到達(dá)指定的方向）⑤確認(rèn)并通知司尺員釘樁，在樁位處再次立好棱鏡后，詢問棱鏡高，測(cè)站修改棱鏡高后，進(jìn)行測(cè)量并記錄實(shí)際放樣點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

（5）放樣完成后，回到室內(nèi)從全戰(zhàn)儀導(dǎo)出放樣點(diǎn)樁位的實(shí)測(cè)坐標(biāo)和高程，并編寫放樣報(bào)告書，如放樣交驗(yàn)單，放樣點(diǎn)坐標(biāo)表等。

3.2 在測(cè)量中的應(yīng)用

（1）放樣測(cè)量

放樣測(cè)量用于在實(shí)地上測(cè)定出所要求的點(diǎn)。在放樣測(cè)量中，通過對(duì)照準(zhǔn)點(diǎn)的水平角、距離或坐標(biāo)的測(cè)量，儀器所顯示的是預(yù)先輸入的待放樣值與實(shí)測(cè)值之差。

（2）偏心測(cè)量

偏心測(cè)量用于測(cè)定測(cè)站至通視但無(wú)法設(shè)置棱鏡的點(diǎn)、或者測(cè)站至不通視點(diǎn)間的距離和角度。測(cè)量時(shí)，將棱鏡（偏心點(diǎn)）設(shè)在待測(cè)點(diǎn)（目標(biāo)點(diǎn)）附近，通過對(duì)測(cè)站至棱鏡（偏心點(diǎn)）間距離和角度的測(cè)量。來(lái)定出測(cè)站至待測(cè)點(diǎn)（目標(biāo)點(diǎn)）間的距離和角度。

（3）對(duì)邊測(cè)量

對(duì)邊測(cè)量用于在不搬動(dòng)儀器的情況下，直接測(cè)量某一起始點(diǎn)(P1)與任何一個(gè)其它點(diǎn)間的斜距、平距和高差。

（4）懸高測(cè)量

懸高測(cè)量用于對(duì)不能設(shè)置棱鏡的目標(biāo)(如高壓輸電線、橋梁等)高度的測(cè)量。

（5）后方交會(huì)測(cè)量

后方交會(huì)通過對(duì)多個(gè)已知點(diǎn)的測(cè)量定出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。

（6）面積計(jì)算

面積計(jì)算通過輸入或調(diào)用儀器內(nèi)存中三個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算出由這些點(diǎn)的連線封閉而成的圖形的面積，所用坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以是測(cè)量所得，也可以手工輸入。且這兩種方法可交替進(jìn)行。