探讨GPS高程测量在地质勘探工程测量中的应用

庞冬玲

亳州市岩土勘测设计院限公司 安徽 亳州 236000

1 GPS高程测量的基本原理

对于GPS高程测量而言，主要是通过GPS技术，对地面某一点进行测量，获取到该点的WGS84 三维坐标—大地经纬度以及大地高，其并不具备实际的物理意义，并且，日常使用的均为正常高，因此需要将大地高向正常高进行转换，因为正常高是以拟大地水准面为基础，由于拟大地水准面并不规则，无法通过坐标转化的方式获得正常高，由可以得出，若想获得正常高，需要得出高程的异常值，所以通过GPS得到大地高后，进行正常高的计算，实质上就是进行高程差异值的求取。现阶段，虽然存在较多的高程转化方法，不过仍存在一些不足，例如绘制等值线法以及解析法应用时，要求已知点需要有较高的精度；重力法应用过程中，需要有准确、充足的重力测量资料等。

2 地质勘探工程测量中的精度要求

第一，地质勘探工程测量环节，对于控制点精度存在一定的要求，在测量规范中提出，控制点高程误差不可超过1/20等高程，选择0.5m等高距时，不可超过1/10等高距。GPS测量规程中提出，一级点与二级点的高程精度分别为±0.10m、±0.20m。第二，测量规范中对各工程点精度有明确的要求，如表1所示。GPS测量规程中提出，地质调查中的各类观测点，定位测量精度如表2所示。

表1 工程点精度指标

表2 GPS测点定位测量精度指标

3 地质勘探工程测量中GPS 高程测量的应用

3.1 前期准备

一般而言，基本上所有的地质勘察均为野外作业，利用GPS高程测量进行野外测量时，为保证实际的测量效果，需要充分地进行前提准备工作，从以下几方面入手：首先，全面进行工程相关信息及资料的收集与整理[1]，将其作为后期测量工作顺利开展的关键；其次，通过具体考察的方式，对测量位置处的具体情况进行了解，以免做好平面控制工作；最后，将获取到的数据作为主要基础，详细分析并探讨控制点坐标，确定出具体的控制点，能够有效提升测量数据的准确度以及精准度。前期准备工作开展过程中，应科学设定流动站与基准站的实时参数，通常基准站数据采样频率范围是4至5s，流动站数据采样频率范围是1至2秒，两者的截止频率一般是10度。

3.2 首级控制网控制测量

选择卫星定位测量的方式，进行首级控制网控制测量，与设计要求及勘探区实际情况相结合，在勘探区进行E 级GPS网的一次性布设，将现有的3个D级GPS点作为起算点，将8个E 级GPS点均匀布设在勘探区，平均距离为2km，获得良好的GPS网形结构。首先，选点与埋石。在选点工作上，第一，选择点位时，应选择易于放置仪器、易于观测、能够安全作业、易于长期保存并且地基稳定的位置。第二，点位不可在大功率无线电发射源附近，两者间的距离应超过200m，还应远离微波信号传输通道以及高压输电线，距离需要在50m以上，防止信号受到电磁场的不良影响。第三，点位周围不可存在大面积的水域，并且，不可存在能够对信号接收产生严重影响的物体，以免干扰信号传输。第四，在GE前面加上1，2，3，4…，作为点名。在埋石工作上，主要为预制水泥桩，高为60cm，上端长宽均为20cm，下端长宽均为40cm。在视野开阔的位置处进行标石的埋设，保证周围土体具备较强的密实性，便于保存，标石埋深保持在5至8cm，用红漆进行编号。其次，观测。野外观测过程中，选择边点混连式的GPS网图，不仅会获得可靠性的指标，保证网的几何强度，还能够有效降低外业作业量，减少支出成本，属于一种较为理想的布网方式。第一，选择5台静态GPS接收机，根据E级GPS网要求开展实际作业。按照星历预报，进行观测时段的选择，选择信号良好的时段，实施同步观测。第二，天线的定向标志，需要指向磁北，保证定向误差不超过5°。第三，仪器架设过程中，需要距离地面1米以上。分别量取观测前以及观测后的接收机天线高度，误差不可超过3mm，将两个高度的平均值作为最终的天线高度，将其数值详细记录下来，观测记录应清晰、准确，不可涂改。第四，外业观测环节，需要满足表3中的技术指标[2]。

表3 技术指标

地质勘探控制测量环节，需要根据合同中的要求开展平面测量工作，利用测区各级点，严格加密图根控制点，确保控制网具备较强的安全性能。所有GPS网都应与技术要求相符合。布置控制网时，相邻点之间的极限最小距离，需要达到平均距离的1/3，而在最大距离上，应在平均距离的3倍以内。若为一级GPS网络，边长不可超过200m，边长误差应低于±20mm，经过实际计算，获得各等级控制网的相邻点基线精度。通过点联以及线联的方式，观测GPS控制网，得到独立观测环构网络，存在较多组的多边形或三角形，不过边数应在技术标准规定范围内。与以往地质勘察不同，以往是将国际等级控制点作为基础，开展控制测量工作，通过GPS定位技术，基于各控制点高差下，合理划分整个测量区域的高程控制点，获得更高的高程拟合精度。

3.3 地形图测量

开展地质勘查工作时，在详查阶段应绘制出大比例的地形图，从而保证勘探线孔位布设等工作的良好开展。根据以往的测量方式，需要加密首级控制点，再进行图根点布设，通过全站仪，采集碎步数据。利用GPS技术可实现在已知控制点上直接架设基准站，通过流动站进行碎步测量。如果存在充足的流动站，多个流动站可同时开展相应工作，进一步提升测量工作效率。

3.4 工程测量

工程测量环节，应布设好勘探测线与基线。通过GPS动态测量技术，布设出测区的勘探线。具体的勘探时间，最好选在树叶较少的时期，从而获得良好的实时监测效果。GPS定位技术应用环节，可在卫星定位下，准确获取整个区域的地质环境信息，将相应勘探数据手动输入其中，进行流动站与基准站的联合使用，良好的进行信号传递，保证获取到准确的地质信息。当发现存在错误的数据时，可手动将其删除，降低测量误差，保证基线的精确性。

3.5 GPS数据处理

第一，进行GPS接收设备安装，做出实际调试后，设备会进行勘测地点数据的自动采集与储存；第二，GPS传输系统[3]，会对储存的所有信息进行分类，并且向相关工作人员的端口进行发送；第三，相关工作人员获取到相关数据后，会对接收到的数据进行预处理，分类所有收集到的原始数据，将无用的信息排除，形成最终的数据文件，该文件的操作性较强，同时，具备统一的文件格式。开展数据的预处理工作，主要的原因是对测量值予以净化，使测量准确率更高。实施基线数据解算时，需要通过多样化的手段将解算工作完成。第四，完成基线解算后，经过GPS网平差后，进而获得最终的测量结果，主要目的是将测量误差消除，以免出现GPS网几何方向断层及破碎带情况，实际工程中，应严格控制较大破碎带及断层的产状及断层距离。

4 提升GPS测量精度的策略

第一，进行GPS网状结构的科学设计。通常情况下，GPS网状结构会直接影响到高程精度，构建合理的网状结构，可有效提升高程精度，若为面状测区，可以选择三角网状结构，适当穿插多边环。若为线状测区，可进行链式三边网布设，从而提升点位平面以及高程的精度。第二，保证相位整周数的正确性。对于相位整周数解算而言，其是否具备较高的准确性，会对点位三维坐标产生直接的影响，但计算相位整周时，通常会出现一些错误，为防止错误的出现，应进行重复观测。第三，保证星历以及参考坐标质量。三维坐标也会在一定程度上受到星历以及参考坐标的影响，不过，某些区域进行参考位置获取时却存在较大的难度，因此，为进一步提升GPS测量精度，还应将重点放在星历及参考坐标质量的保证上。第四，降低多路径效应的不良影响。在多路径效应影响上，有直接的影响，也有间接的影响，同时，可以对三维坐标带来dm级影响[4]。对于间接影响而言，主要是会对求解整周模糊度产生影响，所以需要通过进行站点的科学选择，降低多路径效应。第五，降低电离层的影响。三维坐标会受到电离层的影响，特别是在地磁赤道附近与地极处，产生的影响会更大，同时，会在太阳周期变化下，发生改变，这种情况下，在某个时间的某些地区，会存在较大的电离层影响问题，因此需要进行长时间的观测，实现高程测量，从而获得更加精准的测量数据。第六，降低潮汐作用的不良影响。当发生潮汐现象时，会影响到GPS测高，不过因为影响较小，可通过相应软件将其消除。第七，正确量取天线高。如果未能准确地测量出天线高，会出现较大的测量误差，若使用三脚架，高度会经常发生变化，因此，室外作业过程中，应保证天线高测量的准确性。

5 结束语

综上所述，地质勘探工程测量工作不仅较为复杂，并且还具备系统性的特点，实际工作面较广，不仅需要进行工程测量，还应进行相应的地质测量。同时，工作的环境较为恶劣，工作难度较大。将GPS高程测量技术应用于地质勘察中，与传统方式相比，获得的数据更加精准，并且能在一定程度上优化测量过程。不过为保证实际的测量精度，还应积极探究提升GPS测量精度的策略，进而充分发挥出GPS的价值。