摘要：近年来，GPS技术在地质矿产勘查中对各类勘查工程控制网的布设和直接放样、定测各类地质勘查工程点的作用，也越来越被人们所重视。地质测量大多在地形复杂的山区进行，如用传统的测量方法需要大量的人力、物力，作业周期长，用GPS结合全站仪在地质测量中应用就能取到事半功倍的作用，充分显示了卫星定位技术的无需通视、速度快、精度高等特点，具有明显的经济和社会效益。
关键词：地质测量,GPS技术,基本原理,应用
1、GPS定位技术基本原理
GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求得待定点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。
GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。
(1)GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200 km，运行周期为11小时58分。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。
(2)GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
(3)GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，通过连续跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量，采用载波相位测量局域差分法，在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度，求解整周模糊度，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机测站点的三维坐标。
2、GPS 快速静态测量法
GPS 快速静态测量法在检测每个观测点时大约需要10到20 分钟左右，有时甚至花费的更少的时间就能得到准确的结果。能够满足了工程对测量精度的要求。在一般情况下，GPS快速静态测量法主要分为两种方式，一是设置一个固定的参考站，二是设置两个参考站，如果设置一个参考站只需要两台仪器设备就可以测量，这种测量的速度相对比较快，但同时也存在较大的误差，导致测量结果不精确;如果设置两个参考站，则至少需要三台仪器设备进行测量，虽然测量的速度相对比较慢，但是测量的结果的精确度比较高，所以一般使用设置两个基站的方法进行测量。
3. GPS技术在地质测量中的具体应用
3.1 GPS点位选取
GPS技术具有很强的灵活性，对于每个测试点是否具有通视没有硬性要求，同时其图形结构比较灵活，比较适合在山区开展地质勘查测量工作。但是，由于GPS技术自身的特征，为了保证后续工作能够顺利地进行，在野外开展选点工作时，需要注意以下几点：一是在进行选点工作时，尽量避开大面积的水面，主要是因为大面积的水面容易产生多路径相应，为测量工作的准确性增加了难度;二是在选点时需要注意，观测点的周围高度角在15度以上的范围之内不能有障碍物，如果周围存在障碍物，不利于信号的准确接收;三是在进行选点时，应该尽可能地避开高压线以及无线电发射源等高磁场设备，观测点位距无线电发射源在400m以上、距高压线200m以上，这样有助于减少电磁场对检测信号的干扰。同时，在选择观测点时，应该优先选择交通便利、视野开阔且地基较稳固的位置，这样能够很好地保存测点，即有利于观测，又有利于其他测量手段扩展联测。
为了更准确地标注选点的位置，要在点位上埋设标石。标石要高出地面，但不要埋的太浅，在裸露出来的标石面清楚标明记号，以利于开展长期观测工作。对测区进行分区测量时，应该预定哪个是第一区，哪个是第二区，有序地进行工作。这样一来可以更好地调配人力物力，加快测量速度，减少经费开支。
3.2观测模式选择
快速静态定位模式是地质测量中比较常用的方法。首先要对测区的卫星状况进行测试，其做法是在测区的中部选取两个GPS点，在这两个GPS点上安装接收机对所有可见卫星进行跟踪，在测试时间内至少要有四颗可见卫星在观测，并且不能间断。
3.3仪器检测准备
在观测前应该对仪器进行短基线检测，检测可再平坦的地面进行，在地上量出变长3m的等边三角形，将三台GPS接收机分别置于三个角上，进行60min时间数据接收，确定仪器合格。出测前要制定具体作业计划，选择作业路线，开机时间，用移动电话或对讲机联络。整个观测过程中，对仪器操作严格按要求进行，接收机天线位置应该相对静止，保证多台仪器设备同时开启。
3.4GPS数据采集
GPS外业观测数据的质量，对提高整个GPS网的成果精度，起决定性作用。(1)调度。合理按排观测时间，观测时段的安排最好避开中午11点至13点的时间段。时段安排后，填写计划时段表，并明确指示测量员测站行程，最好采用边连式的方法按排观测顺序。(2)观测。在需观测的点上架设仪器，进行仪器的整平、对中及开机。通常要注意的是：在整平及对中过程中，先不要将GPS天线盘架在脚架上，仅架上基座即可。光学对中因仪器高及个人视力不同，而有不同的焦聚，所以在对中之前应该要调整到最适合的焦聚，避免对中上有像差的发生。GPS天线盘安装好之后，将天线盘的指示方向指向北方，量测三个方向上的GPS天线盘高(北方、东南及西南)并记录下来。把各种部件固定好后开机。(3)记录。手簿是数据下载及内业计算最重要的信息记录，外业观测的过程都必须要经由手簿的记载来完成，因此手簿数据的记载务必要求正确、详尽。注意正确记载点名、点号、序号、仪器编号、天线高度、开关机时间等。(4)意外状况处理。摆设GPS人员尽可能留在仪器旁边，不要让仪器离开视线范围，十分钟左右需查看一次，注意数据有无持续接收、电池剩余电量等。注意事项：任何意外造成仪器对中、整平的移动甚至倾倒，则应立即关机重新架设，并在手簿上记录关机及开机时间;若意外断电，换上新电池，重新开机，记录断电及重开机时间。每次重新开机后都需重新按《规定》观测相应长的时间段。
3.5内业数据处理
资料下载
GPS外业观测采集的数据须经由传输线与电脑连接下载或经由记忆磁卡传输至计算机中，将所有接收机数据下载完后，进行资料检核，按当日计划时段表核对手簿上各时段之点号是否相符，观测时段是否相符，天线高是否正确，有不符者要及时找出原因，有遗漏则应及时补充、改正。
基线解算
按指定的数据类型录入GPS观测数据后，软件会自动分析点位上采集到的数据的内在关系，并生成静态基线，基线处理的过程可分为如下几个主要部分：(1)设定基线解算的控制参数。主要包括数据采样间隔、截止角、参考卫星、基线导入规则及其电离层和解算模型的设置等。(2)外业输入数据的检查与修改。在录入了外业观测数据后，基线解算之前，需要对观测数据进行必要的检查。检查的项目包括测站名、点号、测站概略坐标、天线高等，对这些项目进行检查的目的是为了避免外业操作时的误操作。(3)基线解算。基线解算的过程一般是自动进行的，无需人工干预。一般说来，在足够长的同步观测时间和得到足够多的观测数据的情况下，在整周模糊度得到正确的固定后，进行双差固定解算，双差固定解的精度最高。(4)基线质量的检验。基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验。基线的质量检验需要通过RATIO、RDOP、RMS、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来进行。只有质量合格的基线才能用于后续的网平差处理，如果不合格则需要对基线进行重新解算或重新观测。
GPS网平差。
网平差就是在基线向量处理后，通常需要将基线向量的成果转化成用户需要的国家坐标或地方坐标。GPS网平差的主要步骤：(1)各项平差参数的设定。包括坐标系中央子午线、X和Y方向的加常数设定、三维平差、二维平差、水准高程拟合参数的设定。(2)已知坐标的输入。在进行了网平差的设置后，选择已知控制点，并输入该已知点的固定方式及固定坐标值。输入完成后，勾选约束选项。(3)自由网平差。软件将自动进行自由网平差。自由网平差主要显示所有参与自由网平差的基线向量的改正数、平差值以及X、Y、Z三个方向及点位中误差等信息，同时自由网平差也可再次对基线解算的质量等进行检验。对于自由网中不合格的静态基线，可以禁止它参与网平差，如该基线是不能删除的、或在基线网中非常重要，则需要重新解算，必要时需重新进行外业观测。(4)二维约束平差。在自由网平差的基础上，可以进行二维约束平差，以便得到我们所需要的国家坐标系或地方坐标系下的GPS网点的平面坐标。进行二维约束平差，至少对一个在基线向量网中的观测站点进行X、Y(北向、东向)约束。(5)水准高程拟合。在网平差设置中选择水准拟合，至少对一个在基线向量网中的观测站点进行B、L、H 或X、Y、H 中的水准高程进行约束。(6)网平差结果的检验。在网平差结束后，应对网平差结果进行检验，网平差的检验主要通过改正数、中误差以及相应的数理统计检验结果等项来评价。各项检验都通过后就可以导出网平差报告。
在地质测量的实践中，多次证明了GPS 快速静态测量成果精度高、误差分布均匀，因其图形强度系数高，不但能够满足《规范》要求，而且具有较大的精度储备。
4.总结语
综上所述，加强GPS技术在地质测量方面的广泛应用，有助于缩短地质勘测工作的作业时间，降低劳动的难度和误差，增加勘测工作的精确性和工作效率,同时也能够充分地挖掘专业人员从事地质测量工作的发展潜力，从而推动地质勘查事业的不断发展。随着科学技术的不断发展与进步，GPS技术的稳定性以及数据传输能力也会进一步提高。
参考文献
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