探討GPS高程測量在地質勘探工程測量中的應用

龐冬玲

亳州市巖土勘測設計院限公司 安徽 亳州 236000

1 GPS高程測量的基本原理

對于GPS高程測量而言，主要是通過GPS技術，對地面某一點進行測量，獲取到該點的WGS84 三維坐標—大地經緯度以及大地高，其并不具備實際的物理意義，并且，日常使用的均為正常高，因此需要將大地高向正常高進行轉換，因為正常高是以擬大地水準面為基礎，由于擬大地水準面并不規則，無法通過坐標轉化的方式獲得正常高，由可以得出，若想獲得正常高，需要得出高程的異常值，所以通過GPS得到大地高后，進行正常高的計算，實質上就是進行高程差異值的求取。現階段，雖然存在較多的高程轉化方法，不過仍存在一些不足，例如繪制等值線法以及解析法應用時，要求已知點需要有較高的精度；重力法應用過程中，需要有準確、充足的重力測量資料等。

2 地質勘探工程測量中的精度要求

第一，地質勘探工程測量環節，對于控制點精度存在一定的要求，在測量規范中提出，控制點高程誤差不可超過1/20等高程，選擇0.5m等高距時，不可超過1/10等高距。GPS測量規程中提出，一級點與二級點的高程精度分別為±0.10m、±0.20m。第二，測量規范中對各工程點精度有明確的要求，如表1所示。GPS測量規程中提出，地質調查中的各類觀測點，定位測量精度如表2所示。

表1 工程點精度指標

表2 GPS測點定位測量精度指標

3 地質勘探工程測量中GPS 高程測量的應用

3.1 前期準備

一般而言，基本上所有的地質勘察均為野外作業，利用GPS高程測量進行野外測量時，為保證實際的測量效果，需要充分地進行前提準備工作，從以下幾方面入手：首先，全面進行工程相關信息及資料的收集與整理[1]，將其作為后期測量工作順利開展的關鍵；其次，通過具體考察的方式，對測量位置處的具體情況進行了解，以免做好平面控制工作；最后，將獲取到的數據作為主要基礎，詳細分析并探討控制點坐標，確定出具體的控制點，能夠有效提升測量數據的準確度以及精準度。前期準備工作開展過程中，應科學設定流動站與基準站的實時參數，通常基準站數據采樣頻率范圍是4至5s，流動站數據采樣頻率范圍是1至2秒，兩者的截止頻率一般是10度。

3.2 首級控制網控制測量

選擇衛星定位測量的方式，進行首級控制網控制測量，與設計要求及勘探區實際情況相結合，在勘探區進行E 級GPS網的一次性布設，將現有的3個D級GPS點作為起算點，將8個E 級GPS點均勻布設在勘探區，平均距離為2km，獲得良好的GPS網形結構。首先，選點與埋石。在選點工作上，第一，選擇點位時，應選擇易于放置儀器、易于觀測、能夠安全作業、易于長期保存并且地基穩定的位置。第二，點位不可在大功率無線電發射源附近，兩者間的距離應超過200m，還應遠離微波信號傳輸通道以及高壓輸電線，距離需要在50m以上，防止信號受到電磁場的不良影響。第三，點位周圍不可存在大面積的水域，并且，不可存在能夠對信號接收產生嚴重影響的物體，以免干擾信號傳輸。第四，在GE前面加上1，2，3，4…，作為點名。在埋石工作上，主要為預制水泥樁，高為60cm，上端長寬均為20cm，下端長寬均為40cm。在視野開闊的位置處進行標石的埋設，保證周圍土體具備較強的密實性，便于保存，標石埋深保持在5至8cm，用紅漆進行編號。其次，觀測。野外觀測過程中，選擇邊點混連式的GPS網圖，不僅會獲得可靠性的指標，保證網的幾何強度，還能夠有效降低外業作業量，減少支出成本，屬于一種較為理想的布網方式。第一，選擇5臺靜態GPS接收機，根據E級GPS網要求開展實際作業。按照星歷預報，進行觀測時段的選擇，選擇信號良好的時段，實施同步觀測。第二，天線的定向標志，需要指向磁北，保證定向誤差不超過5°。第三，儀器架設過程中，需要距離地面1米以上。分別量取觀測前以及觀測后的接收機天線高度，誤差不可超過3mm，將兩個高度的平均值作為最終的天線高度，將其數值詳細記錄下來，觀測記錄應清晰、準確，不可涂改。第四，外業觀測環節，需要滿足表3中的技術指標[2]。

表3 技術指標

地質勘探控制測量環節，需要根據合同中的要求開展平面測量工作，利用測區各級點，嚴格加密圖根控制點，確保控制網具備較強的安全性能。所有GPS網都應與技術要求相符合。布置控制網時，相鄰點之間的極限最小距離，需要達到平均距離的1/3，而在最大距離上，應在平均距離的3倍以內。若為一級GPS網絡，邊長不可超過200m，邊長誤差應低于±20mm，經過實際計算，獲得各等級控制網的相鄰點基線精度。通過點聯以及線聯的方式，觀測GPS控制網，得到獨立觀測環構網絡，存在較多組的多邊形或三角形，不過邊數應在技術標準規定范圍內。與以往地質勘察不同，以往是將國際等級控制點作為基礎，開展控制測量工作，通過GPS定位技術，基于各控制點高差下，合理劃分整個測量區域的高程控制點，獲得更高的高程擬合精度。

3.3 地形圖測量

開展地質勘查工作時，在詳查階段應繪制出大比例的地形圖，從而保證勘探線孔位布設等工作的良好開展。根據以往的測量方式，需要加密首級控制點，再進行圖根點布設，通過全站儀，采集碎步數據。利用GPS技術可實現在已知控制點上直接架設基準站，通過流動站進行碎步測量。如果存在充足的流動站，多個流動站可同時開展相應工作，進一步提升測量工作效率。

3.4 工程測量

工程測量環節，應布設好勘探測線與基線。通過GPS動態測量技術，布設出測區的勘探線。具體的勘探時間，最好選在樹葉較少的時期，從而獲得良好的實時監測效果。GPS定位技術應用環節，可在衛星定位下，準確獲取整個區域的地質環境信息，將相應勘探數據手動輸入其中，進行流動站與基準站的聯合使用，良好的進行信號傳遞，保證獲取到準確的地質信息。當發現存在錯誤的數據時，可手動將其刪除，降低測量誤差，保證基線的精確性。

3.5 GPS數據處理

第一，進行GPS接收設備安裝，做出實際調試后，設備會進行勘測地點數據的自動采集與儲存；第二，GPS傳輸系統[3]，會對儲存的所有信息進行分類，并且向相關工作人員的端口進行發送；第三，相關工作人員獲取到相關數據后，會對接收到的數據進行預處理，分類所有收集到的原始數據，將無用的信息排除，形成最終的數據文件，該文件的操作性較強，同時，具備統一的文件格式。開展數據的預處理工作，主要的原因是對測量值予以凈化，使測量準確率更高。實施基線數據解算時，需要通過多樣化的手段將解算工作完成。第四，完成基線解算后，經過GPS網平差后，進而獲得最終的測量結果，主要目的是將測量誤差消除，以免出現GPS網幾何方向斷層及破碎帶情況，實際工程中，應嚴格控制較大破碎帶及斷層的產狀及斷層距離。

4 提升GPS測量精度的策略

第一，進行GPS網狀結構的科學設計。通常情況下，GPS網狀結構會直接影響到高程精度，構建合理的網狀結構，可有效提升高程精度，若為面狀測區，可以選擇三角網狀結構，適當穿插多邊環。若為線狀測區，可進行鏈式三邊網布設，從而提升點位平面以及高程的精度。第二，保證相位整周數的正確性。對于相位整周數解算而言，其是否具備較高的準確性，會對點位三維坐標產生直接的影響，但計算相位整周時，通常會出現一些錯誤，為防止錯誤的出現，應進行重復觀測。第三，保證星歷以及參考坐標質量。三維坐標也會在一定程度上受到星歷以及參考坐標的影響，不過，某些區域進行參考位置獲取時卻存在較大的難度，因此，為進一步提升GPS測量精度，還應將重點放在星歷及參考坐標質量的保證上。第四，降低多路徑效應的不良影響。在多路徑效應影響上，有直接的影響，也有間接的影響，同時，可以對三維坐標帶來dm級影響[4]。對于間接影響而言，主要是會對求解整周模糊度產生影響，所以需要通過進行站點的科學選擇，降低多路徑效應。第五，降低電離層的影響。三維坐標會受到電離層的影響，特別是在地磁赤道附近與地極處，產生的影響會更大，同時，會在太陽周期變化下，發生改變，這種情況下，在某個時間的某些地區，會存在較大的電離層影響問題，因此需要進行長時間的觀測，實現高程測量，從而獲得更加精準的測量數據。第六，降低潮汐作用的不良影響。當發生潮汐現象時，會影響到GPS測高，不過因為影響較小，可通過相應軟件將其消除。第七，正確量取天線高。如果未能準確地測量出天線高，會出現較大的測量誤差，若使用三腳架，高度會經常發生變化，因此，室外作業過程中，應保證天線高測量的準確性。

5 結束語

綜上所述，地質勘探工程測量工作不僅較為復雜，并且還具備系統性的特點，實際工作面較廣，不僅需要進行工程測量，還應進行相應的地質測量。同時，工作的環境較為惡劣，工作難度較大。將GPS高程測量技術應用于地質勘察中，與傳統方式相比，獲得的數據更加精準，并且能在一定程度上優化測量過程。不過為保證實際的測量精度，還應積極探究提升GPS測量精度的策略，進而充分發揮出GPS的價值。