GPS技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用前景探討

趙鴻濤

內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 內(nèi)蒙古 010020

【摘 要】近年來(lái)，GPS技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了水利水電工程地質(zhì)的諸多特點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從野外采集的準(zhǔn)備工作、野外基站相關(guān)位置的選擇，以及野外流動(dòng)站的相關(guān)數(shù)據(jù)采集等多方面，就GPS技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用展開了研究，闡述了個(gè)人對(duì)于GPS技術(shù)應(yīng)用的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù)；地質(zhì)勘測(cè)；應(yīng)用；前景

一、前言

作為能夠有效提升地質(zhì)勘測(cè)效果的技術(shù)方法之一，GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)GPS技術(shù)應(yīng)用的掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與方法，進(jìn)一步保證地質(zhì)勘測(cè)工作理想效果的取得。

二、概述

GPS是由地面監(jiān)控站、用戶設(shè)備和空間衛(wèi)星星座三個(gè)部分組成，其中空間衛(wèi)星包含21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星；地面監(jiān)控站是由一個(gè)主控站和三個(gè)注入站及五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成；用戶設(shè)備主要包含數(shù)據(jù)處理軟件、GPS接收機(jī)和用戶終端設(shè)備等組成。在GPS的各個(gè)組成部分相互協(xié)調(diào)工作才能夠確保定位準(zhǔn)確而獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行測(cè)距的過(guò)程中，空間衛(wèi)星會(huì)向廣大的用戶發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)，然后GPS接收機(jī)接收導(dǎo)航定位信號(hào)，最后由用戶端的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)軟件處理后在經(jīng)由客戶終端的顯示設(shè)備顯示出來(lái)，進(jìn)而獲取測(cè)量的距離。GPS技術(shù)不同于其他的勘測(cè)技術(shù)，它可以在各種環(huán)境下進(jìn)行導(dǎo)航和定位，同時(shí)該技術(shù)也具有良好的抗干擾性和保密性，能夠保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性，從而為地質(zhì)勘測(cè)提供可靠、有效的數(shù)據(jù)。

三、水利水電工程地質(zhì)的特點(diǎn)

1.特殊性

水利水電工程建設(shè)的特殊性首先表現(xiàn)在工程建筑物的特殊性。工業(yè)與民用建筑到處可以見到基本相同甚至完全相同的建筑物，可以部分或全部套用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖紙。而水工建筑物則不然，世界上有成千上萬(wàn)座水庫(kù)大壩，卻很難找到兩座完全相同的大壩。決定大壩的規(guī)模、壩型、結(jié)構(gòu)等工程要素的自然條件很復(fù)雜，而工程地質(zhì)條件則是最主要的自然條件之一。水工建筑物的第二個(gè)特殊性是與水打交道，所承受的主要荷載是水荷載。水利水電工程不允許失事，一旦失事，損失將十分慘重。

2、實(shí)踐性與經(jīng)驗(yàn)性

工程地質(zhì)理論上的任何一項(xiàng)新進(jìn)展，新方法，新技術(shù)，都必須通過(guò)大量試驗(yàn)研究、分析論證和工程實(shí)踐的檢驗(yàn)。例如，近二十年來(lái)隨著數(shù)理基礎(chǔ)學(xué)科和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，壩基、洞室和邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算的理論和方法有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是這些計(jì)算成果仍然只能是工程設(shè)計(jì)和決策的一種參考，因此在工程界有一種通用說(shuō)法：不可不信也不可全信。許多工程實(shí)例足以說(shuō)明采取慎重態(tài)度的必要性。有些工程從分析計(jì)算上看是安全的，實(shí)際上卻出了問(wèn)題；而另一些工程通過(guò)計(jì)算認(rèn)為不安全，但卻安全運(yùn)行了數(shù)十年。因此對(duì)工程建設(shè)而言，工程經(jīng)驗(yàn)往往起決定作用。

3.工程地質(zhì)測(cè)不準(zhǔn)原理

事實(shí)上，地質(zhì)體中的某些性質(zhì)的確是測(cè)不準(zhǔn)的。例如某一組結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，只能用一個(gè)區(qū)間值來(lái)表述，如果僅用一個(gè)確定值來(lái)表述則肯定不符合客觀實(shí)際。又如工程地基巖體的物理力學(xué)參數(shù)，它只能是一個(gè)區(qū)間值或統(tǒng)計(jì)值，因?yàn)榈刭|(zhì)體中每一點(diǎn)的性質(zhì)都可能是變化的。地質(zhì)參數(shù)精確到某一個(gè)具體數(shù)值的時(shí)候，千萬(wàn)不要把它當(dāng)成是絕對(duì)準(zhǔn)確的，否則會(huì)誤導(dǎo)精確評(píng)價(jià)的可信性。據(jù)此，可將工程地質(zhì)測(cè)不準(zhǔn)原理表述為：“地質(zhì)體的工程性質(zhì)不可能用絕對(duì)準(zhǔn)確的參數(shù)來(lái)確定，它們只能是通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)、分析、統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)判斷后提出一個(gè)建議區(qū)間值，供設(shè)計(jì)師根據(jù)建筑物的性質(zhì)在這個(gè)區(qū)間值中選取設(shè)計(jì)采用值”。

四、GPS技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中的具體應(yīng)用

1.野外采集的準(zhǔn)備工作

首先打開GPS接收器，使接收器經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的初始化過(guò)程，事實(shí)上在三百英里以內(nèi)的區(qū)域移動(dòng)時(shí)，即使GPS接收器處于初始化狀態(tài)，仍能接收到數(shù)據(jù)。一般的初始化是在使用者所在區(qū)域的坐標(biāo)格式中進(jìn)行。當(dāng)GPS接收器過(guò)度完初始化狀態(tài)，使用者還需自行調(diào)整坐標(biāo)，使其相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)處于測(cè)量區(qū)域的坐標(biāo)中，同時(shí)坐標(biāo)系統(tǒng)還可快速的轉(zhuǎn)變Lon/Lat坐標(biāo)。通常在運(yùn)用GPS進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)定位時(shí)，需要建立兩臺(tái)以上的GPS接收器，一臺(tái)接收器作為基站，另外的接收器則作為流動(dòng)的接收站，形成一個(gè)完整的接收信號(hào)系統(tǒng)。在外業(yè)工作之前從實(shí)際出發(fā)，對(duì)所使用的接收器制定相同的坐標(biāo)系統(tǒng)，當(dāng)基站與流動(dòng)的接收站收集完衛(wèi)星信號(hào)后，會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，保證獲得最小位差的測(cè)量坐標(biāo)。

2.野外基站相關(guān)位置的選擇

一般地質(zhì)勘測(cè)工作地點(diǎn)比較偏遠(yuǎn)，大多是遠(yuǎn)離市區(qū)的郊外或山區(qū)，山區(qū)中樹木繁多嚴(yán)密，山體規(guī)模較大，可查看的視野條件差。通常在外業(yè)工作中，選取最佳的野外基站，首先要保證良好的通視，其次考慮到對(duì)收集衛(wèi)星信號(hào)有利的區(qū)域，不會(huì)受到外界的干擾，保證信號(hào)的通暢性、完整性。野外基站大多選擇山頂、寬闊的平地等，基站的坐標(biāo)位置對(duì)收集的勘測(cè)數(shù)據(jù)有著直接的影響，基站各項(xiàng)控制點(diǎn)的精度越高，獲得的定位差精度也會(huì)相對(duì)較高。流動(dòng)接收站收集的數(shù)據(jù)與基站最開始建立的坐標(biāo)數(shù)據(jù)是勘測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，是保障勘測(cè)數(shù)據(jù)精度的關(guān)鍵，對(duì)項(xiàng)目的總體質(zhì)量而言，二者存在著必然的聯(lián)系。因此，流動(dòng)站數(shù)據(jù)記錄、基站原始坐標(biāo)是地質(zhì)勘測(cè)的重點(diǎn)，這兩個(gè)數(shù)據(jù)記錄與同一時(shí)期，這對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)具有重要的意義。在外業(yè)勘測(cè)活動(dòng)中，不論是動(dòng)態(tài)采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，還是靜態(tài)采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，都要建立最佳的基準(zhǔn)站。

3.野外流動(dòng)站的相關(guān)數(shù)據(jù)采集

GPS技術(shù)在外業(yè)的地質(zhì)勘測(cè)過(guò)程中，若要提高采集數(shù)據(jù)的精度，就要保證流動(dòng)站所采集的數(shù)據(jù)差分處理正確性，最佳的數(shù)據(jù)差分處理才能獲得最佳的處理結(jié)果。影響此種處理結(jié)果的因素有很多，例如衛(wèi)星高度角、可查看的衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星的基本分布、基準(zhǔn)線等，首先在運(yùn)用流動(dòng)接收站采集數(shù)據(jù)時(shí)，需要良好的、數(shù)量多、類型豐富的衛(wèi)星信號(hào)才能進(jìn)行收集，在數(shù)據(jù)采集中需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)事物離基準(zhǔn)站有一定距離，對(duì)采集數(shù)據(jù)時(shí)間也有相應(yīng)的要求，一般距離不超過(guò)1000米時(shí)采集時(shí)間必須超過(guò)15分鐘，距離不超過(guò)5000米時(shí)其數(shù)據(jù)采集時(shí)間必須超過(guò)30分鐘，距離不超過(guò)10000米時(shí)其數(shù)據(jù)采集時(shí)間必須超過(guò)45分鐘，由于距離基準(zhǔn)站超過(guò)1000米，則不能保證其測(cè)量精度，此種方法在實(shí)際的地質(zhì)勘測(cè)中，較少應(yīng)用。

4.GPS觀測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)處理

在地質(zhì)勘測(cè)中要保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，就要做好采集數(shù)據(jù)的差分處理，良好的處理結(jié)果有助于提高勘測(cè)精度。最佳的差分處理方式是對(duì)采集數(shù)據(jù)作產(chǎn)分處理，建立橢圓球體，將各項(xiàng)處理數(shù)據(jù)顯示于選擇的平面中，以對(duì)應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)平面直角作為坐標(biāo)位置，運(yùn)用產(chǎn)分處理時(shí)首先要將各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)下載至系統(tǒng)中，然后才能對(duì)其進(jìn)行差分結(jié)算。在產(chǎn)分?jǐn)?shù)據(jù)處理中差分結(jié)算是其中重要的工作內(nèi)容之一，差分結(jié)算對(duì)整體產(chǎn)分?jǐn)?shù)據(jù)處理有著較大的影響，差分結(jié)算任一階段出現(xiàn)失誤就會(huì)造成產(chǎn)分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作無(wú)法實(shí)施，因此，差分結(jié)算中要仔細(xì)輸入各項(xiàng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行核對(duì)，要求其控制點(diǎn)坐標(biāo)的小數(shù)點(diǎn)精確到后四位，提高差分結(jié)算的精度。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)GPS技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中應(yīng)用的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的地質(zhì)勘測(cè)過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)GPS技術(shù)的重視程度，并注重其具體應(yīng)用實(shí)施方法的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葛永森，李廣來(lái)，等.GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中應(yīng)用[J].中國(guó)西部科技.2014（03）：38-39.

[2] 邱愷毅，國(guó)瑋芳，等.地質(zhì)測(cè)繪中GPS技術(shù)的應(yīng)用分析[J].硅谷.2014（11）：105-106.

[3] 謝常君.GPS技術(shù)在地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用前景探討[J].有色礦冶.2015（01）：7-9.