GPS在地质找矿中的应用

2022-12-31

近年来, GPS已经大量应用于大地测量、工程测量、地壳形变监测等各种测量工程中;并在交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。本文介绍GPS在山区找矿测量中的应用, 并提出几点体会。

1 GPS简介

1.1 GPS构成

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。

(2) GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备 (如计算机) 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, 跟踪卫星的运行, 并对信号进行交换、放大和处理, 再通过计算机和相应软件, 经基线解算、网平差, 求出GPS接收机中心 (测站点) 的三维坐标。

1.2 GPS定位原理

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1所示, 在待测点Q设置GPS接收机, 在某一时刻tk同时接收到3颗 (或3颗以上) 卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算, 可求得该时刻接收机天线中心 (测站点) 至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标 (Xj, Yj, Zj) , j=1, 2, 3, 从而由下式解算出Q点的三维坐标 (X, Y, Z) :

2 地质找矿工作中的综合分折

2.1 地质工程测量

地形测绘的目的是为矿区提供不同比例尺的地形图, 准确测定各种工程 (槽、并探、钻探及硐探) 点位置, 以满足地质勘探工程测器的需要。因常见的测图方法 (如经纬仪、测距仪等) 通常足先布设控制网点, 一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点+最后依据加密的控制点和图根控制点, 用常规的测量方法进行控制测量即费时间又耗人力, 同时还需要已知控制点两个以上, 已显诸多不便, 特别是在山区开展地质工作, 其地质工程测量工作特别困难, 工作效率底, 因此使用常规的测量设备进行地质工作成了困扰测量人员的一个大问题。如今有了GPS新技术, 它可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标, 它以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性广泛应用于地质工程测量方面。

2.2 勘探网 (GPS网) 的建立

对于一个新的勘探矿区, 在没有大比例尺地形图的情况下, 那么首先应在该矿区建立1个勘探网, 它是各种地质勘探工程最基本的控制网。笔者在某矿区就成功地应用GPS建立了首级控制网, 开展了该矿区的地质工程测量工作, 取得了较好的效果。矿区的GPS控制网的建立并顺利完成了其它地质工程测量任务, 为地质工作节省了时间, 也产生了较大的经济效益。

3 应用实例

3.1 工程概况

本文涉及的地质找矿由某公司投资, 矿区位于某县山区, 面积为0.1平方公里。属山地地形, 山上树木茂盛, 地形复杂, 通视困难, 行走不便。为了节省时间以及该项目的施工和今后的开采, 需建立首级控制网。考虑到山高树木茂盛, 测区通视困难, 距离已知点远并且矿区面积不大等因素, 决定采用GPS测量。

3.2 GPS测量的技术设计

3.2.1 设计依据

GPS测量的技术设计主要依据地质矿产部发布的行业标准《地质测量规范》、1997年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》及工程测量合同有关要求制定的。

3.2.2 设计精度

根据工程需要和测区情况, 选择E级GPS网作为测区首级控制网。要求边长大于300m小于800m, 最弱边相对中误差小于1/100000。

3.2.3 设计基准和网形

如图2所示, 控制网共5点, 其中联测已知平面控制点1个 (C01) 控制点1 (C01) , 网形布设成三角网的形式。其中B点为辅助点, 该点是考虑三角形的图形而增加布设的一个点。地质找矿可以用假设高程并且测区面积小等特点, 因此高程采用GPS拟合高用3台GPS接收机观测。

3.2.4 观测计划

根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度 (空间位置因子PDOP) , 选择最佳观测时段 (卫星多于4颗, 且分布均匀, PDOP值小于3) , 并编排作业调度表。

3.3 GPS测量的外业实施

(1) 选GPS测量测站点之间不要求一定通视, 图形结构也比较灵活, 因此, 点位选择比较方便。但考虑GPS测量的特殊性, 并顾及后续测量, 选点时应着重考虑。

(1) 因为布点不多所以选点时考虑三个点之相互通视, 以便后续测量工作的使用; (2) 点周围高度角15°以上不要有障碍物, 以免信号被遮挡或吸收; (3) 点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等, 以免电磁场对信号的干扰; (4) 点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方, 以便观测和日后使用; (5) 选点结束后, 按要求埋设标石, 并填写点之记。

(2) 观测。根据GPS作业调度表的安排进行观测, 采取静态相对定位, 卫星高度角15°, 时段长度45min, 采样间隔10s。在3个点上同时安置3台接收机天线 (对中、整平、定向) , 量取天线高, 测量气象数据, 开机观察当各项指标达到要求时, 按接收机的提示输入相关数据, 则接收机自动记录, 观测者填写测量手簿。

3.4 GPS测量的数据处理

GPS数据处理要从原始的观测值出发得到最终的定位成果。大致分为GPS基线向量解算和GPS网平差两个阶段, 采用随机软件完成。经基线解算 (见表1) 、高程拟合 (见表2) 。质量检核、外业重测和网平差后, 得到GPS控制点的三维坐标 (见表3) , 其各项精度指标符合技术设计要求。

解算后的边长相对精度最大的也有1/150000 (见表1) , 这样的精度可以满足地质工作的控制测量的要求。

4 结语

GPS技术具有数据获取速度快、数据处理及时、内容齐全、成果可靠、作业方法简单, 且较常规方法成本低等优点;它在矿山测量领域起到了很好的效果。随着GPS测量理论与设备的不断发展, 使得GPS测量技术日趋成熟, GPS测量功能更加完善, GPS测量应用面更广, 操作更加简便, 使GPS测量更加实用化和自动化。观测数据可以通过数据传输线直接跟徽机连接, 省去了人工作抄写时出现的抄错抄漏的现象。

摘要：近年来, GPS已经广泛应用于大地测量、工程测量、地壳形变监测等各种测量工程中。本文结合GPS在地质找矿测量中的应用实例;对全球定位系统 (GPS) 的基本结构和测量原理, 和GPS用于地质找矿中所具有的特点进行了探讨。

关键词：GPS,地质找矿,应用