徐捍前

(云南馳宏資源勘查開(kāi)發(fā)有限公司)

在林區(qū)建立礦區(qū)控制網(wǎng)面臨著林區(qū)植被茂盛、樹(shù)又密又高、通視條件極差、交通困難等客觀條件，常規(guī)的導(dǎo)線測(cè)量、三角形網(wǎng)測(cè)量等方法已無(wú)法適用［1-3］。特別是要引測(cè)距離礦區(qū)較遠(yuǎn)的國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)，建立與國(guó)家坐標(biāo)系相聯(lián)系的礦區(qū)平面控制網(wǎng)，GPS衛(wèi)星定位測(cè)量方法優(yōu)勢(shì)較為明顯。國(guó)內(nèi)某超大型鉬鉛鋅礦山地處森林區(qū)，礦區(qū)面積約40 km2，林區(qū)一般海拔標(biāo)高400～900 m，平均海拔600 m，礦區(qū)各主體工程之間相距較遠(yuǎn)，主體工程間在不同標(biāo)高上均存在著相互貫通的情況，貫通線路長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里。

1 控制網(wǎng)布設(shè)及等級(jí)

在聯(lián)測(cè)國(guó)家等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)建立各工程控制網(wǎng)時(shí)，可在每塊工業(yè)場(chǎng)地上布設(shè)3個(gè)控制點(diǎn)，確保任意一點(diǎn)都有一個(gè)方向通視。各主體工程布置及控制網(wǎng)如圖1所示。

圖1 礦山主題工程布置及控制網(wǎng)示意

在圖1中，HL06、HL07為礦區(qū)礦業(yè)權(quán)核查時(shí)的GPS D級(jí)控制點(diǎn)，以該2個(gè)點(diǎn)作為建立礦區(qū)控制網(wǎng)的起算依據(jù)。各控制網(wǎng)布設(shè)和觀測(cè)的先后順序?yàn)楣こ炭傮w的施工順序，即斜坡道工程—進(jìn)風(fēng)井工程—混合井工程。為了滿足大比例尺地形圖測(cè)繪的需要和工程前期施工及今后各工程深部之間貫通的需要，依據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50026—2007)［1］，并考慮到礦區(qū)的發(fā)展遠(yuǎn)景，礦區(qū)平面控制網(wǎng)的等級(jí)選擇為四等，主要精度指標(biāo)為最弱邊相對(duì)中誤差為1/40 000，最弱點(diǎn)相對(duì)中誤差為5 cm。

2 礦區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的確定

根據(jù)礦區(qū)的中央子午線和投影水準(zhǔn)面確定礦區(qū)平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，并應(yīng)確保投影長(zhǎng)度變形不大于2.5 cm/km。長(zhǎng)度變形主要來(lái)源于:①地面實(shí)測(cè)水平距離投影到參考橢球面時(shí)產(chǎn)生的變形;②地面實(shí)測(cè)水平距離投影到高斯平面的變形。礦區(qū)地理坐標(biāo)經(jīng)度范圍:東經(jīng)123°49'～123°56'，距離國(guó)家統(tǒng)一的3°帶中央子午線相對(duì)較近(約66 km)，礦區(qū)中央子午線可確定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中央子午線，礦區(qū)中央子午線經(jīng)度為123°。礦區(qū)中央子午線確定后，可通過(guò)計(jì)算選擇一個(gè)合適的礦區(qū)抵償高程面(變形零值高程面)有效控制長(zhǎng)度變形。同時(shí)，應(yīng)確保礦區(qū)抵償高程面的GPS平面控制點(diǎn)坐標(biāo)的反算邊長(zhǎng)盡可能與實(shí)量邊長(zhǎng)相等。

2.1 長(zhǎng)度變形計(jì)算

地面實(shí)測(cè)水平距離投影到參考橢球面和高斯平面的變形計(jì)算公式分別為

式中，Δs1為實(shí)測(cè)水平距離投影到參考橢球面的改正數(shù)，m;S為實(shí)測(cè)水平距離，m;Hm為實(shí)測(cè)邊兩端的平均高程，m;R為參考橢球的平均球率半徑，6 371 km;Δs2為實(shí)測(cè)水平距離投影到高斯平面的改正數(shù)，m;ym為實(shí)測(cè)邊兩端點(diǎn)橫坐標(biāo)的平均值，m。

2.2 抵償高程面計(jì)算

當(dāng)Δs(Δs1+Δs2)超過(guò)規(guī)定允許的2.5 cm/km變形時(shí)，可令Δs=0，即

當(dāng)ym值不變時(shí)，式(2)可簡(jiǎn)化為

將ym=66 km，R=6 371 km代入式(3)，計(jì)算得Hm=342 m，即將地面實(shí)測(cè)距離歸算到258 m高程面上時(shí)，該2項(xiàng)長(zhǎng)度改正得到有效補(bǔ)償。因此，可選擇300 m高程面作為礦區(qū)平面坐標(biāo)系統(tǒng)的投影面(抵償高程面)。因此，礦區(qū)平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)可確定為抵償高程面上的高斯正形投影3°帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。

3 數(shù)據(jù)采集及處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

采用5臺(tái)TOPCON Hiper Ga雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。各主體工程均布設(shè)3個(gè)控制點(diǎn)，每個(gè)控制網(wǎng)均聯(lián)測(cè)相同的2個(gè)國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)，獨(dú)立觀測(cè)一個(gè)時(shí)段。外業(yè)觀測(cè)的技術(shù)要求見(jiàn)表1。

表1 GPS四等控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)技術(shù)要求

3.2 數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)可采用拓普康隨機(jī)中文數(shù)據(jù)處理軟件(Pinnacle V1.07)進(jìn)行處理?？衫每粕礕PS數(shù)據(jù)處理軟件(CosaGPS V5.1)，采用工程網(wǎng)(一點(diǎn)一方位)進(jìn)行約束平差計(jì)算。為了提高礦區(qū)控制網(wǎng)整體上的內(nèi)部符合精度，將不同時(shí)間段建立的各工程控制網(wǎng)合并成一個(gè)網(wǎng)，再進(jìn)行整體聯(lián)合約束平差，平差時(shí)的投影面的正常高均為300 m。

4 精度統(tǒng)計(jì)及GPS邊長(zhǎng)外部檢核

4.1 精度統(tǒng)計(jì)

各主體工程控制網(wǎng)平差及整體聯(lián)合約束平差后，最弱點(diǎn)、最弱邊的精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2～表5。

G402 MX/cm MY/cm MP/cm最弱點(diǎn) 最弱邊G402-G403 A/dms MA/s S/m MS/cm MS/S 0.35 0.29 0.45 18.533 31 4.66 148.654 9 0.35 1/420 00

表3 進(jìn)風(fēng)井控制網(wǎng)精度

表4 混合井控制網(wǎng)精度

表5 整體聯(lián)合平差后精度

由表2～表5可知，礦區(qū)各工程控制網(wǎng)的其精度指標(biāo)均達(dá)到了最弱邊相對(duì)中誤差為1/40 000、最弱點(diǎn)相對(duì)中誤差為5 cm的四等控制網(wǎng)的技術(shù)要求。

4.2 GPS邊長(zhǎng)外部檢核

采用徠卡全站儀TC1202+對(duì)GPS平差后的邊長(zhǎng)進(jìn)行檢查測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 部分GPS邊檢查測(cè)量結(jié)果 m

由表6可知，對(duì)于較長(zhǎng)邊(100 m以上)，邊長(zhǎng)較差明顯較小，僅為2 mm;對(duì)于短邊，差值達(dá)到11 mm。針對(duì)該項(xiàng)檢查測(cè)量的限差，盡管在現(xiàn)行的相關(guān)測(cè)量規(guī)范中尚未給出明確的規(guī)定，但根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為邊長(zhǎng)較差在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

(1)在建立礦區(qū)控制網(wǎng)時(shí)，有必要考慮邊長(zhǎng)投影變形的影響，應(yīng)選擇一個(gè)合適的礦區(qū)高程抵償面。

(2)從各工程控制網(wǎng)和網(wǎng)合并整體聯(lián)合平差結(jié)果來(lái)看，邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差呈現(xiàn)出一定的規(guī)律:即邊長(zhǎng)越短，其邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差越大。要提高控制網(wǎng)的精度，應(yīng)增加GPS邊長(zhǎng)并盡量超過(guò)100 m。

(3)在林區(qū)減少樹(shù)木對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的遮擋，并延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，可有效提高短邊GPS控制網(wǎng)精度。

(4)北方林區(qū)凍土層較厚，冰雪融化時(shí)易引起控制點(diǎn)點(diǎn)位發(fā)生移位，控制點(diǎn)應(yīng)深埋。

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50026—2007 工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［2］劉大杰，施一民.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

［3］田 發(fā)，李 建.GPS控制網(wǎng)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011(4):52-53.