GPS 测量技术及其在地质测绘中的应用探究

1GPS 测量技术的基本原理

1.1GPS 测量技术的理论基础

GPS 即全球定位系统，它主要基于卫星定位原理来实现精准测量。其理论依据源自物理学中的时空测量原理，通过卫星发射的信号来确定测量点在地球上的三维坐标。该系统由空间部分、地面控制部分和用户设备部分组成。空间部分是由多颗卫星构成的卫星星座，这些卫星在不同轨道上运行，持续向地面发射包含时间和位置信息的信号。地面控制部分则负责监测卫星的运行状态、进行卫星轨道计算和时间校准等工作，以确保卫星信号的准确性和可靠性。用户设备部分即 GPS 接收机，它接收卫星发射的信号，并通过一系列复杂的计算来确定自身的位置。

1.2GPS 测量的定位方式

GPS 测量的定位方式有多种，常见的有绝对定位和相对定位。绝对定位是指接收机独立确定自身在地球坐标系中的位置，这种定位方式操作相对简单，但精度相对较低，一般适用于对定位精度要求不高的领域，如普通的导航应用等。相对定位则是通过同时观测多台GPS 接收机，确定它们之间的相对位置关系。这种定位方式能够有效消除卫星钟差、大气折射等误差的影响，从而获得较高的定位精度，在地质测绘中得到了广泛的应用。例如，在进行大型地质工程的测量时，采用相对定位可以准确地确定各个测量点之间的相对位置，为后续的工程设计和施工提供精确的数据支持。

2 GPS 测量技术在地质测绘中的具体应用

2.1 控制测量中的应用

在地质测绘工程的控制测量作业过程中，GPS 全球卫星定位测量技术发挥着不可替代的关键性作用。传统的控制测量方法，如三角测量、导线测量等，常常受到复杂地形条件、通视障碍物以及恶劣天气等多重因素的严重制约，导致外业工作进度缓慢，测量数据精度难以达到理想要求，且需要投入大量的人力物力资源。相比之下，GPS 测量技术凭借其厘米级的高精度定位能力、不受天气影响的 24 小时全天候作业特性、以及单台仪器即可独立完成测量的高效率优势，彻底突破了传统测量方法的诸多限制。在实际作业中，测量人员只需在测区内按照规范要求科学合理地布设 GPS 控制点网络，通过专业级 GPS 接收机持续接收多颗导航卫星发射的定位信号，再结合精密的数据处理软件对观测数据进行基线解算、网平差等计算分析，即可精确获取各控制点在 WGS-84 坐标系下的三维空间坐标。这种现代化的测量方式不仅将控制测量的相对精度提升至百万分之一以上，使外业工作效率提高 3-5 倍，还大幅减少了传统测量中所需的人员数量、仪器设备和作业时间，显著降低了项目成本。以我国西部某山区地质调查项目为例，在沟壑纵横、通视差的复杂地形区，采用 GPS 静态测量技术，3 天完成 50 平方公里内 30 个 D 级控制点布设，平面位置中误差控制在 ±2cm 内，高程中误差不超 ±3cm ，为后续 1 ：2000 地质填图提供高精度控制基准，展现了GPS 技术在地质测绘领域的应用价值。

图1 GPS 平面控制网图

以下对某一生态环境的综合改善工程为例进行分析，工程全长为 140km. 工程前期需要做一系列的原始数据分析。由于其工程规模巨大，对测绘质量要求高，布置三角网的传统测绘方式在短期内难以达到这样的水平。且三角网的导线布置受地形影响较大，测量范围小，实际测绘工作中无法有效的实施。出于地质测绘工作高效准确的需求，选用 GPS 技术静态测量方法为最佳。如图一所示为GPS 平面控制网图布局图。

2.2 地形测量中的应用

地形测量作为地质测绘的关键构成部分，其目标在于获取测区的地形地貌信息。全球定位系统（GPS）测量技术于地形测量中具备独特优势。在开展地形测量工作时，可运用 GPS-RTK（实时动态）技术。此技术能够实时获取测点的三维坐标，测量人员仅需手持 GPS 接收机在测区内进行数据采集，便可迅速且精准地获取地形点的坐标信息。与传统的地形测量方法相比，GPS-RTK 技术无需频繁设站，减少了测量误差的累积，提高了测量精度和工作效率。而且，它还可以与地理信息系统（GIS）相结合，将采集到的地形数据直接导入 GIS软件中，进行地形分析和三维建模，为地质研究和工程设计提供更加直观、准确的地形资料。

2.3 变形监测中的应用

地质体的变形监测在地质灾害预警与防治工作中具有至关重要的意义。全球定位系统（GPS）测量技术可实现对地质体变形状况的实时、高精度监测。具体而言，在地质体上合理布设多个 GPS 监测点，借助 GPS 接收机持续接收卫星信号，从而实时获取各监测点的坐标变化数据。一旦监测点的坐标出现异常变动，即可及时察觉地质体的变形迹象，为地质灾害预警提供科学依据。以山体滑坡、地面沉降等地质灾害监测为例，GPS 测量技术能够敏锐捕捉到细微的变形信息，有助于相关部门及时采取有效的防治举措，降低灾害造成的损失。此外，该技术还可用于对建筑物、桥梁等工程结构的变形监测，保障工程的安全稳定运行。

2.4 地质填图中的应用

地质填图是地质测绘的一项基础性工作，它对于了解区域地质构造、地层分布等情况具有关键作用。GPS 测量技术在地质填图领域的应用极大地提升了工作的质量与效率。传统地质填图过程中，确定地质界线、地质体位置等工作往往依赖于人工识别和简单的测量工具，不仅精度有限，而且在大面积、复杂地形区域开展工作时，效率低下且容易出现误差。而借助 GPS 测量技术，地质工作者能够精确地定位地质点的位置。通过在野外使用 GPS 接收机，快速获取地质点的三维坐标信息，并将其准确标注在地图上。同时，结合地质罗盘等工具对地质体的产状等信息进行测量，再利用 GPS 的记录功能将这些数据完整保存下来。在后续的室内整理工作中，可以直接将野外采集的数据导入到相关的绘图软件中，绘制出精确的地质图。此外，GPS 测量技术还可以与遥感影像相结合，使地质填图更加直观和准确。例如，在对一些偏远山区进行地质填图时，利用 GPS 可以快速确定不同岩石类型的分布范围和界线，大大提高了地质填图的效率和准确性。

3 结语

全球定位系统（GPS）测量技术于地质测绘领域得到广泛应用，有力推动了该行业的技术进步。通过对其原理及实践的剖析可知，该技术在提升测量精度、优化作业流程以及降低成本等方面具有显著优势。然而，随着测绘需求的不断增长以及技术环境的动态变化，此项技术面临着新的挑战与机遇。未来，需着重加强多源数据融合、高精度定位算法优化等关键技术的研究，以适应复杂的测绘任务需求。与无人机、遥感和人工智能等新兴技术相结合，GPS 测量技术有望在地质灾害预警、资源勘探和环境保护等领域发挥更为重要的作用。持续深入理解并创新该技术，将为地质测绘工作提供强有力的支撑，助力行业迈向更高的发展水平。

参考文献：

[1] 余涛，韩昱.GPS 测量技术及其在地质测绘中的应用探究[J]. 安徽地质，2024，34（03）：260-264.