GPS测绘技术及其在矿山地质测绘中的应用研究

李 强，孙 玮

（1.甘肃省自然资源行业职业技能鉴定指导中心，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省陇南市西和县中宝矿业有限公司，甘肃 陇南 742100）

1 GPS测绘技术分类

在不同场景的测绘技术中，GPS测绘技术有静态测绘、快速静态测绘、准动态测绘以及实时动态测绘四种类型。

1.1 静态测绘技术

静态测绘技术的主要流程为：测绘人员准备采用两台(或两台以上)GPS接收机，同时分布在一条或数条基线的两端。做好布局工作后，通过同步观测4颗以上卫星的方式，以每时段为单位，基于基线长度和测绘等级的分类标准，将卫星观测的时间定在45分钟以上的测绘技术[1]。通常情况下，静态测绘技术的主要应用场景为：全国性、国家级的大地控制网、长距离检测校正基线等大型的测绘场景中。静态测绘技术具有非常明显的相对定位精度优势。

1.2 快速静态测绘技术

快速静态测绘技术的常见应用场景为：工程测绘、地籍测绘等测绘活动。主要工作流程为：测绘人员在测绘场景地区内，选择一个测绘站点，并安装GPS接收机作为基准站。做好基准站准备工作后，通过卫星信号的捕捉，建立起与卫星的连续跟踪联系，同时保证在观测时间范围内最少5颗可观测卫星的基本要求，进而利用移动站接收机逐步转移到待测测绘站点中，进而在测绘站点进行观测，每个观测测绘站点的观测时间为几分钟，同时，保证基准点和移动测绘流动点二者的距离在20km以内，从而保证可观测范围以及观测的精准度[2]。

1.3 准动态测绘技术

准动态测绘技术主要有两种不同的类型。第一种的测绘流程与快速静态测绘技术有一定类似的地方，二者皆是将一台GPS接收机安装在已有的测绘站点上用作基准站，并与区域内所有可见卫星进行连续跟踪的基本操作。同时，移动的GPS接收机相继进入到观测范围的待测测绘站点，并各自展开几个历元数据的观测活动。在此基础上，区别于快速静态测绘技术的主要点在于：快速静态测绘每个待测测绘站点的观测时间为几分钟；准动态测绘技术每个待测测绘站点的观测时间为几个历元数据，时间计量单位的不同，体现了二者在实际应用中的巨大差异。同时，在具体的测绘过程中，准动态测绘技术的移动站在处于不同待测测绘站点的迁移过程中需要保证“不失锁”的状态，同时，还需要在已有测绘站点安装前进行初始化操作。通常情况下，其应用场景为：线路测绘、剖面测绘、工程定位等多方面。此外，在观测卫星数量、流动点、基准点距离的标准方面，与快速静态测绘技术保持一致。

第二种的准动态测绘技术为连续动态测绘技术。其基本操作流程为：在基准点上，安装移动接收机，进而跟踪区域内可见卫星；流动性的GPS接收机进行初始化操作——连续运动——记录数据。在具体的操作过程中，流动性的GPS接收机的数据记录是自动且有着明确的时间间隔，其主要用于运动目标轨迹的精确测量[3]。

1.4 实时动态测绘技术

相比于数据采集——软件处理——测量结果获取的静态测绘技术、快速静态测绘技术以及准动态测绘技术，实时动态测绘技术的特点在于“实时”，也就是指在技术应用过程中，测绘人员就可以通过相关的工具得到实时测绘的结果，而且，测绘结果的精度比较高。在具体操作过程中，实时动态测绘技术的操作流程为：根据测绘区域内的已知测站，进行GPS基准站接收机、数据链的安装作业。在此基础上，在测绘区域内捕捉卫星信号，并建立连续跟踪卫星的联系。基于所跟踪捕捉的数据，利用“数据链”的媒介实现全自动的传输和发送作业。在此基础上，对于接收的数据进行实时的处理，从而根据数据测算出移动测绘站站点的精度位置。在实时动态测绘技术的应用过程中，实时差分测量和实时差分GPS测量是常用的两种实时动态测绘技术的具体类型。

2 GPS测绘技术在矿山地质测绘中的优势

2.1 全面覆盖，提高测绘作业效率

一方面，鉴于GPS技术的发展，其所依赖的“卫星”的数量较多，而且，卫星在各个区域内的分布相对均匀，实现了全球范围内地面的全覆盖。基于卫星有关数据的研究可知，当前阶段全球实现了每个地方的用户在所有的时间内，都能够同时观测到4个及以上的卫星。而且，4颗及以上卫星的同时观测不受时间、地点以及天气变化的影响，从而保证了GPS测绘技术使用的稳定性[4]。基于GPS测绘技术的卫星测绘的相关分析可以发现，在矿山地质测绘工作中，GPS测绘技术，尤其是实时动态测绘技术的应用，基于测绘基站的使用，能够保证整个矿山区域内的实时卫星观测的全面覆盖，能够有效解决控制点、连续转点所带来的测绘作业速度慢的问题，进而推动了整个矿山区域内地质测绘工作速度、强度以及效率方面的良好转变。

另一方面，GPS测绘技术在矿区地质测绘过程中有着显著的定位精准度高的特征，能够大幅度的精确定位、减少误差。基于红外仪的精度数值分析可知，其是5mm+5ppm。而GPS测绘技术的精度与后者具有一致性、相当性。而且，相对于红外仪，GPS测绘技术突破了空间限制，不受距离、环境等外部因素的影响，因此，在矿山地质测绘这类具有地质复杂、环境复杂等特征的应用场景中，GPS测绘技术具备的优势能够让其更好的应用在这些复杂的领域中，同时，还能够基于测绘的精度和实时数据处理等方面的特征，能够保证观测目标定位的位置、速度等相关数据的实时获取，而且，还能够利用快速定位的方法，有效提高观测的精度，从而在全覆盖的基站中提高矿山地质测绘的精度和实时效率，有效减少测绘误差。

2.2 应用范围广，测绘技术难度降低

一方面，GPS测绘技术的应用范围广。以实时动态测绘技术为例，在具体的应用场景中，该技术对于测绘站点间的通视条件没有非常严格的要求，所以，对于矿山地质测绘不同测绘站点的测绘而言，实时动态测绘技术能够适用于不同的地形，即使是通视条件不好的区域也可以进行观测。因此，其具有非常高的地形适用性。而且，在此基础上，实时动态测绘技术的测绘设备具有显著的自动化特征。以GPS接收机为例，当前使用的GPS接收机设备有了非常大的改进，自动化、智能化的设计使得整个设备的体积缩小、操作便捷。在具体的操作过程中，测绘人员只要通过天线整半、对中的方式，就能够完成自动工作，而且，基于GPS测绘技术的不同，后续的数据处理方式也有所不同，但是，数据的处理都是自动化和便捷化的。其中，实时动态测绘技术能够全程实现自动化，包括数据的实时记录、传输以及处理等工作。

另一方面，GPS测绘技术的观测时间短，在测绘站点的定位方面，实时动态测绘技术能够基于软件处理技术的应用，而实现几秒中的测绘站点的定位，进而大幅度提高在矿山地质测绘工作中的测绘效率。

2.3 测绘全面且灵活

一方面，鉴于当下GPS测绘技术中应用最为广泛的实时动态测绘技术的应用情况可知，这个测绘技术所获取的测绘站点的数据为三维坐标，也就是指X坐标、Y坐标以及高程，因此，其在测绘精度以及位置信息方面更加全面。

另一方面，流动站点的观测活动中，GPS测绘技术在选点方面非常灵活，只要满足了观测站15°以上空间开阔性的要求，就能进行矿山地质测绘，由此可见，其具备非常显著的测绘选址灵活性的技术优势。

3 GPS测绘技术在矿山地质观测中的应用路径

3.1 前期点位选择的应用

虽然，上文中指出GPS测绘技术具有非常显著的灵活性，不受环境、空间等方面的影响。但是，在矿山地质测绘工作中，观测点的选择具有非常重要的作用，对于观测工作顺利开展、观测结果以及数据的可信度、可靠度等方面有着非常重要的影响力，因此，GPS测绘技术在具体的观测点位选择过程中，需要遵循一定的准则，从而保证观测点位的合理性，进而发挥点位的积极影响。

一方面，在观测点位的选择过程中需要满足以下几点要求：点位安装的接收设备需要具备易安装、视野开阔、位置高的基本特征；观测点位目标周围需要避免15%以上的障碍物，也就是需要保证15%以上的开阔空间；点位周边区域内不能有大功率的如电视台这类无线电发射源的相关设备；点位选址附近不要有高压输电线、微波无线电信号传送通道等设备，如果有相关的设备，需要保证距离在50m以上，从而有效避免无线电发射源以及以上设备发出的信号对观测点位产生信号干扰；确保周边区域无大范围、大面积水域；确保周边区域无具有强烈干扰作用的卫星信号接收的物体；选址区域要保证交通便捷性，为安装、测绘以及定期检修效率的提高奠定基础。

在此基础上，需要在矿山地质测绘过程中，做好采样点的布设工作。在具体的操作过程中，测绘人员利用GPS测绘技术，尤其是实时动态测绘技术进行基线线路点坐标的手簿录入工作，进而显示出测绘的路线线路，并基于相关的分析明确线路中心、偏离距离等相关数据，在此基础上，利用网格布置的方法，落实布设采样点的工作，并将其输出到相应的平面地形图，方便测绘人员及时通过平面地形图观察采样点的布设是否均匀准确，并能够及时调整。

在做好点位选址和采样点布设工作后，需要进一步做好相应的标志工作，利用体现中心标志特征的标石，进行点位的标志工作[5,6]。而为了保证长期应用的价值，在标石选择的过程中，需要考虑坚固性特征。

3.2 矿山地质测绘不同场景的观测应用

在落实了前期准备工作后，测绘人员需要进行核心工作——矿山地质测绘不同场景的观测实践。在具体的观测过程中，测绘人员需要明确GPS测绘技术应用的主要目的在于通过跟踪卫星，捕捉信号，进而进行处理、量测、数据处理与分析的工作。在以上目的明确的基础上，测绘人员需要在矿山地质测绘过程中合理利用GPS测绘技术完成以下几点工作：

第一，地形图与地籍图的测绘：基于GPS测绘技术的应用，利用数据采集——处理——分析的基本流程，对整个矿山测绘区域内的地形图、地籍图进行基本信息的补充，进而绘制出相应的地形图与地籍图。

第二，矿山开采损坏监测、沉陷地表岩移站观测：在具体的应用过程中，测绘人员利用GPS测绘技术，有机结合周期性、基准站两种观测方式，对矿山开采作业过程中所布设的各个观测点的三维坐标进行测绘，进而对比分析同一测绘观测站点的数据变形状况，从而了解开采后的损害、地表岩沉陷的相关情况。

第三，矿山采场采剥量的测绘：测绘人员利用GPS测绘技术对矿山采剥量的数据进行记录、分析和处理，利用流动站点的测绘数据，对开采现场进行相应数据的采集，从而进行验收。

3.3 测绘数据的记录

GPS测绘技术在矿山地质测绘工作中，除了前期的准备工作和中期的观测工作，还包含了后期的测绘数据的记录工作。在具体的作业过程中，测绘人员主要利用观测记录、测绘手薄的方式记录数据。其中，观测记录是GPS测绘技术设备自主进行存储记录操作过程的。

4 结论

矿山地质测绘工作具有专业、综合、复杂的基本特征，包含了对地表、地貌、地质构造、矿藏等不同方面的测绘，本身作业的环境非常复杂。因此，在不同的矿山地质测绘工作中，对测绘技术的要求较高。GPS测绘技术作为当下最为常见和普遍的测绘技术，在矿山地质测绘工作的应用范围极为广泛，具有显著的适用性、定位精度高、测绘效率高、全面测绘、操作便捷、难度低的基本特征，能够满足矿山地质测绘工作不同场景下的观测要求以及数据处理要求。因此，在具体的作业过程中，鉴于矿山地质测绘工作的本质需求，需要从点位选址、采样点布设、标石布设、观测以及观测记录的应用等方面进行应用，从而切实的落实测绘工作的效率。

此外，对于GPS测绘技术的人员而言，需要基于矿山地质测绘的具体应用场景而不断地学习有关地质测绘、GPS测绘技术的相关知识，持续精进GPS测绘技术的专业能力，进而更好地应对复杂、专业的矿山地质测绘工作，有效发挥GPS测绘技术的应用价值。