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[摘 要]GPS全球定位系统是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，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。随着GPS设备和技术的发展，其应用领域也不断拓宽。本文从测量、交通、设计、施工、管理等方面介绍GPS导航技术在地震资料采集中取得的良好效果。通过GPS可进行快捷、高效的交通导航，通过GPS可快速、准确地获得测量数据，可通过将GPS数据导入到GIS上并加载地图信息进行绘制、设计、管理，也可通过轻便GPS仪器进行实地选择与定点。因此，在高效的地震资料采集中，采用GPS技术能取得诸如工程测量高效益、设计和施工定位方便的应用效果。
[关键词]地震资料采集；GPS；应用；高效；设计；施工；格式转换；图件
中图分类号：TN657.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0282-01
1 引言
全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，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[1]。随着GPS设备和技术的发展，其应用领域也不断拓宽[2]。本文从测量、交通导航、设计、施工、管理等方面介绍GPS导航技术在地震资料采集中的高效应用，提出一些体会。
2 GPS技术特点及应用
在地震资料采集项目中，野外踏勘是项目基本工区范围信息获得的主要和有效途径，通过GPS的交通导航快捷、高效，通过GPS的踏勘路线记录准确、方便；测量是关键和首要的工序，通过GPS可快速、准确地获得测量数据这个最终测量目标；施工设计是项目质量的保证，将测量数据准确展布在相应图件上是设计的基础要求，可通过将GPS数据导入到GIS地理信息系统上，并加载电子地图进行绘制、设计、管理；施工中需要避让障碍物或局部改变观测系统，可通过轻便GPS仪器进行实地优选激发点位。
2.1 GPS踏勘交通导航
三维导航是GPS的首要功能，车辆以及步行都可利用GPS导航接收器进行导航[3]。
为方便踏勘，要准备好越野车辆、相机或摄像机、地图等，更要备上手持GPS。通过GPS可不用下车就可记录下车辆行驶的线路，在车辆不能到达的地方，徒步完成GPS定点任务，如寻找地图上测线所经过的某个村镇、厂矿、营地位置等。这样在踏勘完成后，只要将GPS上的数据导出到计算机处理即可，数据准确，记录完整，无需用笔记录再输入计算机的重复工作。但要注意，由GPS卫星导航所测量到的位置坐标数据、前进方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正这两者的误差，与地图上的路线统一，需采用地图匹配技术。
2.2 GPS测量
在项目工期较紧并且地表地形条件复杂、通视条件差的情况下，为了高效的设计和施工，GPS是较好的选择。
1）GPS控制网与控制点加密
首先，进行工程测量前，需要建立首级控制网。使用GPS，在1km范围内可达到优于2cm的精度，因此能够用于控制网的加密。通过GPS仪器建立工区的控制网，选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。
2）GPS-RTK测线测量
GPS测量相对于常规测量来说，具有以下显著特点：测量精度高；操作简便；全天候操作；观测点之间无须通视；测量结果统一在WGS84坐标下[4]。
为提高GPS测量精度，经常采用的是RTK载波相位差分动态方法，使用1个基站和多个流动站。GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。
GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点[5]。
2.3 GPS与GIS结合进行设计
GPS测量技术不断完善，软件得到不断更新。由于GPS仪器不象经纬仪那样可以指示方向，因此需与计算机辅助设计系统如GIS地理信息系统相结合，从而可在计算机屏幕上看到目前位置与设计坐标的差异。
1）设计图件的获得
GPS测量包含有三维信息，其地理数据的采集可通过GPS快速获得，可通过网络方便地获得诸如电子地图、Google Earth卫星图、SRTM 30m分辨率数字地面高程模型DEM等地理数据。再将踏勘的GPS数据应用GPS配套软件Mapsend或Mapsource等（不同GPS有不同的软件）结合OziExplorer、ArcView、MapInfo等GIS软件进行GPS导航点的批量输入，并提供主要物标、地标，在电子地图上显示其位置，如城镇、厂矿、水库等施工障碍物，最终形成设计图件。项目决策者能够在电子地图上根据需要进行信息查询，对工区情况进行了解，对测线位置进行调整，可进行有效地施工管理和指挥。
2）设计误差分析
在设计中，要特别注意GPS的数据格式是否正确。在一般情况下，我们使用的是1954年北京坐标系或1980年西安坐标系，而GPS测定的坐标是WGS-84坐标系坐标，需要进行坐标系转换[6]。不进行坐标系转换，会造成数据与图件不匹配的重大误差，这是在精细的施工设计中不允许的。
GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标，因此对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差[7]。无法避免的系统误差是在允许范围内的。而有些误差却是必须要避免的，这些误差不规则、不对称，在横坐标、纵坐标方向上差异较大，造成图件变形，在工程中是决对不行的。 2.4 GPS施工中的定位
手持GPS仪器体积小，便于携带，除交通导航外，定位也较精确，通过预先设置手持GPS的工区坐标系投影、椭球体转换三参数等校正，即可投入使用。可使用手持GPS进行地震资料采集中的野外找寻测量标识、测距的工作，在行业标准允许范围内优选钻井井位。当然现在先进的手机对GPS技术的支持也很高了，也可以将电子地图加载进手机中进行导航。
GPS技术表征的平面位置，其精度之高以被人们所认识和接受。但是对单个GPS定点，GPS高程精度还存在较大误差，但从前人试验结果来看，在较为平坦或浅丘的地区，GPS高程可以达到三～四等水准精度[8]。因此，采用手持GPS可用于快速地找寻测量点位，如果要使用其作为计算的测量数据，必须通过RTK法进行重测。
3 结论
通过GPS在实际施工中的应用，得到如下体会。
1）工程测量高效益
由于工区面积大，测线分布散，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。利用GPS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，GPS网GPS技术在测量中具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，通过GPS的信息自动接收、存储，减少了常规方法繁琐的中间处理环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益；GPS-RTK测量达到了毫米级数据精度，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期，取得了良好的效果。
2）设计和施工定位方便
在设计中可根据实际需要将GPS数据与图件结合，在施工中可根据实际需要进行导航、确定点位，使得设计管理及野外选点工作更加灵活方便，从而使施工效率提高。
参考文献
[1] 张守信等.GPS技术与应用[M].国防工业出版社，2004-1
[2] 张小红，李征航.GPS定位技术在不同领域的应用[J].测绘信息与工程，2001-2
[3] 白彬.全球卫星定位系统GPS及其在现代交通运输中的应用[J].汽车运输，1999-11
[4] 徐绍铨等.GPS测量原理及应用[M].武汉测绘科技大学出版社，1998-10
[5] 景建彬.GPS在工程测量中的应用[J].黑龙江科技信息，2008-15
[6] 张国祯，杨晓红.GPS测量中坐标系统、坐标系的转换过程[J].测绘与空间地理信息，2009-3
[7] 吴国霞.GPS卫星定位系统的误差来源分析[J].黑龙江国土资源，2008-2
[8] 程海钢.GPS高程的应用研究[J].新疆有色金属，2009-A01
[关键词]地震资料采集；GPS；应用；高效；设计；施工；格式转换；图件
中图分类号：TN657.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0282-01
1 引言
全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，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[1]。随着GPS设备和技术的发展，其应用领域也不断拓宽[2]。本文从测量、交通导航、设计、施工、管理等方面介绍GPS导航技术在地震资料采集中的高效应用，提出一些体会。
2 GPS技术特点及应用
在地震资料采集项目中，野外踏勘是项目基本工区范围信息获得的主要和有效途径，通过GPS的交通导航快捷、高效，通过GPS的踏勘路线记录准确、方便；测量是关键和首要的工序，通过GPS可快速、准确地获得测量数据这个最终测量目标；施工设计是项目质量的保证，将测量数据准确展布在相应图件上是设计的基础要求，可通过将GPS数据导入到GIS地理信息系统上，并加载电子地图进行绘制、设计、管理；施工中需要避让障碍物或局部改变观测系统，可通过轻便GPS仪器进行实地优选激发点位。
2.1 GPS踏勘交通导航
三维导航是GPS的首要功能，车辆以及步行都可利用GPS导航接收器进行导航[3]。
为方便踏勘，要准备好越野车辆、相机或摄像机、地图等，更要备上手持GPS。通过GPS可不用下车就可记录下车辆行驶的线路，在车辆不能到达的地方，徒步完成GPS定点任务，如寻找地图上测线所经过的某个村镇、厂矿、营地位置等。这样在踏勘完成后，只要将GPS上的数据导出到计算机处理即可，数据准确，记录完整，无需用笔记录再输入计算机的重复工作。但要注意，由GPS卫星导航所测量到的位置坐标数据、前进方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正这两者的误差，与地图上的路线统一，需采用地图匹配技术。
2.2 GPS测量
在项目工期较紧并且地表地形条件复杂、通视条件差的情况下，为了高效的设计和施工，GPS是较好的选择。
1）GPS控制网与控制点加密
首先，进行工程测量前，需要建立首级控制网。使用GPS，在1km范围内可达到优于2cm的精度，因此能够用于控制网的加密。通过GPS仪器建立工区的控制网，选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。
2）GPS-RTK测线测量
GPS测量相对于常规测量来说，具有以下显著特点：测量精度高；操作简便；全天候操作；观测点之间无须通视；测量结果统一在WGS84坐标下[4]。
为提高GPS测量精度，经常采用的是RTK载波相位差分动态方法，使用1个基站和多个流动站。GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，且观测时间在不断减少，大大降低了作业强度，观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。因此，应严格按有关要求选点，择最佳时段观测，并注意手机、步话机等设备的使用。
GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，要保证控制点高程的精度，必须联测足够的已知高程点[5]。
2.3 GPS与GIS结合进行设计
GPS测量技术不断完善，软件得到不断更新。由于GPS仪器不象经纬仪那样可以指示方向，因此需与计算机辅助设计系统如GIS地理信息系统相结合，从而可在计算机屏幕上看到目前位置与设计坐标的差异。
1）设计图件的获得
GPS测量包含有三维信息，其地理数据的采集可通过GPS快速获得，可通过网络方便地获得诸如电子地图、Google Earth卫星图、SRTM 30m分辨率数字地面高程模型DEM等地理数据。再将踏勘的GPS数据应用GPS配套软件Mapsend或Mapsource等（不同GPS有不同的软件）结合OziExplorer、ArcView、MapInfo等GIS软件进行GPS导航点的批量输入，并提供主要物标、地标，在电子地图上显示其位置，如城镇、厂矿、水库等施工障碍物，最终形成设计图件。项目决策者能够在电子地图上根据需要进行信息查询，对工区情况进行了解，对测线位置进行调整，可进行有效地施工管理和指挥。
2）设计误差分析
在设计中，要特别注意GPS的数据格式是否正确。在一般情况下，我们使用的是1954年北京坐标系或1980年西安坐标系，而GPS测定的坐标是WGS-84坐标系坐标，需要进行坐标系转换[6]。不进行坐标系转换，会造成数据与图件不匹配的重大误差，这是在精细的施工设计中不允许的。
GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标，因此对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差[7]。无法避免的系统误差是在允许范围内的。而有些误差却是必须要避免的，这些误差不规则、不对称，在横坐标、纵坐标方向上差异较大，造成图件变形，在工程中是决对不行的。 2.4 GPS施工中的定位
手持GPS仪器体积小，便于携带，除交通导航外，定位也较精确，通过预先设置手持GPS的工区坐标系投影、椭球体转换三参数等校正，即可投入使用。可使用手持GPS进行地震资料采集中的野外找寻测量标识、测距的工作，在行业标准允许范围内优选钻井井位。当然现在先进的手机对GPS技术的支持也很高了，也可以将电子地图加载进手机中进行导航。
GPS技术表征的平面位置，其精度之高以被人们所认识和接受。但是对单个GPS定点，GPS高程精度还存在较大误差，但从前人试验结果来看，在较为平坦或浅丘的地区，GPS高程可以达到三～四等水准精度[8]。因此，采用手持GPS可用于快速地找寻测量点位，如果要使用其作为计算的测量数据，必须通过RTK法进行重测。
3 结论
通过GPS在实际施工中的应用，得到如下体会。
1）工程测量高效益
由于工区面积大，测线分布散，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。利用GPS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，GPS网GPS技术在测量中具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，通过GPS的信息自动接收、存储，减少了常规方法繁琐的中间处理环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益；GPS-RTK测量达到了毫米级数据精度，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期，取得了良好的效果。
2）设计和施工定位方便
在设计中可根据实际需要将GPS数据与图件结合，在施工中可根据实际需要进行导航、确定点位，使得设计管理及野外选点工作更加灵活方便，从而使施工效率提高。
参考文献
[1] 张守信等.GPS技术与应用[M].国防工业出版社，2004-1
[2] 张小红，李征航.GPS定位技术在不同领域的应用[J].测绘信息与工程，2001-2
[3] 白彬.全球卫星定位系统GPS及其在现代交通运输中的应用[J].汽车运输，1999-11
[4] 徐绍铨等.GPS测量原理及应用[M].武汉测绘科技大学出版社，1998-10
[5] 景建彬.GPS在工程测量中的应用[J].黑龙江科技信息，2008-15
[6] 张国祯，杨晓红.GPS测量中坐标系统、坐标系的转换过程[J].测绘与空间地理信息，2009-3
[7] 吴国霞.GPS卫星定位系统的误差来源分析[J].黑龙江国土资源，2008-2
[8] 程海钢.GPS高程的应用研究[J].新疆有色金属，2009-A01