GPS技术在地质工程测量当中的应用

晏淑萍

（江西有色地质矿产勘查开发院，江西 南昌 330000）

1 GPS技术概述

GPS（Global Positioning System），全球定位系统，是目前精度最高、应用最广泛的定位导航技术，GPS系统是一个由美国国防部开发的全天侯导航系统，它用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求，后来通过降低GPS的定位精度并将其应用于民用或商用，才真正使得GPS技术得到推广与普及，并孕育出了一系列基于位置的服务（LBS）、智慧导航定位服务等。GPS的基本原理是通过GPS信号接收器所接收的三个卫星的信号以及三个卫星的已知空间位置，基于后方交会法可以推算出接收器所在的空间位置（经度、纬度、高程）[3]。GPS系统的组成主要包括GPS接收器、卫星、地面监控站，卫星围绕轨道平面运行，其需要保证在任意时刻任意地理位置15°高度角上方均有4颗以上的卫星在运行，以保证GPS定位的精度与准确性；地面监控站主要用于监测与控制卫星的运行、计算各个卫星的星历与时钟修正参数，并注入卫星保持系统时间，控制卫星的运行状态，处理卫星运行故障与实时调度；GPS接收器定期接收卫星向外发射的用于导航定位的数据信号，并根据信号的传输时间计算出接收器与卫星之间的距离[4]。

2 GPS技术在地质工程测量中的应用

（1）地表形变监测。地表形变监测是地质工程建设与施工的重要内容，为保证地质工程施工的安全性，施工方需要获悉工程所在位置的实际高程，对地质工程周边的地表高程进行精准监测，以分析工程施工是否造成地面沉降等不良反应，以及时发现地表高程变化以及地表发生微凹陷等情况[5]。将GPS技术应用到地质形变监测中，根据地质工程施工需要，对地表形变数据进行精准获取，配合水准仪定点监测与校验，为地质工程的施工提供基础数据支撑与安全防护保障。

（2）点位测设工作。点位测设用于对地质工程所在的目标区域中各个布点的经纬度与高程进行精准测量，并以此为基础进行点位连接形成目标区域空间分布图，据此分析目标区域的大小与形状，为地质工程的设计与施工提供精准的三维空间坐标测绘数据[6]。对于点位测设工作，利用GPS技术对目标区域的各个关键节点的经度、纬度与高程进行精准测量，得到每一点位的（X,Y,Z）三维坐标值，基于各点位的三维坐标值可以在GIS软件中构建目标区域的三维模型，可以为地质工程施工人员提供精准的、三维可视化的目标区域空间结构模型。

（3）工程控制测量。控制测量主要用于对地质工程所在地的地形地貌特征加以精准测绘与三维刻画，帮助地质工程的设计与施工人员提前对施工场地内复杂的地形地貌条件进行掌握，以便以此为基础设计出更为科学、合理的地质工程图纸以及施工组织计划方案等。传统的测绘工具在面对复杂地形下的坐标与高程测量时通常存在较大的难度，人工脚步难以涉及的区域通常所采集的数据精确度也不高。现代测绘技术对复杂地形下的坐标于高程测量多采用GPS技术，目前较为主流的GPS技术为GPS-RTK技术，其主要构成包括基准站、流动站、数据链，首先在目标区域内某一已知三维坐标的控制点上安装接收机，由接收机对GPS卫星进行连续不间断跟踪观测与数据调试，获取基准站以及卫星的相关数据并发送至基准站。

操作人员手持流动站接收机在目标区域内定点观测GPS卫星信号，并接收从基准站传输过来的数据链，经实时差分处理，可准确计算流动站接收机所在位置的经纬度与高程。地质工程建设与施工利用GPS技术对工程区域进行定位与测量，是帮助施工人员掌握施工现场的重要技术。

3 GPS技术在实际地质工程测量中应注意的问题

GPS技术在实际的地质工程测量作业中也有很多限制与问题，尤其是对于当前在地质工程测量工程中应用较多的GPS-RTK技术而言，其应用的注意事项主要表现在：

（1）卫星状况限制。在高山峡谷、高楼密集或森林茂密等外业测绘环境中，卫星信号容易被长时间阻挡，容易在某些时段出现测量假值，产生假定位现象。长时间的卫星信号阻挡会大大缩短可作业时间，这时可以通过查看星历预报，选择合适的野外作业时间，也可以采用其它常规测量方法进行作业。

（2）数据链传输距离限制。GPS-RTK在两台GPS接收机（基准站接收机、流动站接收机）之间增加一套无线电通讯系统，从而实现两台或两台以上相对独立的GPS接收机的有效连接。GPS-RTK测量技术是建立在流动站与基准站误差强烈类似这一基础假设之上，因此随着流动站与基准站之间距离的增大，其流动站与基准站误差的相似性降低，数据链通信的干扰会增强，导致流动站的定位精度也越来越低。因此在采用GPS-RTK技术野外测绘作业时，一般将两台GPS接收机的距离控制在15公里以内。

（3）电离层干扰问题。正午时间，卫星信号受电离层干扰影响严重，共用卫星数量少，接收机不能完全接收到5颗卫星的信息，导致正常测量无法进行。因此，需要选择正确作业时段进行野外测量，一般建议作业时段为11点之前和14点之后，此时GPS-RTK测量效果最佳。

（4）初始化所需时间问题。GPS-RTK技术在高山峡谷、高楼密集或森林茂密等外业测绘环境中应用时，GPS卫星信号被遮挡，造成信号失锁问题，需要重复初始化，这会大大降低测量精度和效率。因此，在面对信号遮挡严重的外业测绘环境时，建议选用初始化能力强、所需时间短的GPS-RTK机型。

4 结论

GPS技术是一种能够在野外实时得到厘米级、实时定位的测量技术，极大地提高了测绘质量与野外作业效率，因而其应用领域较广且极具发展前景。但是在地质工程测量应用过程中，其也有一定的局限性。为了保证地理空间数据采集的精度与数据的可靠性，野外测绘人员必须充分考虑各干扰因素，以降低不利因素对测绘精度的影响。