葛尊國(guó)

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院 甘肅蘭州 730046）

GPS技術(shù)在礦山控制測(cè)量中的運(yùn)用與相關(guān)問題闡述

葛尊國(guó)

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院 甘肅蘭州 730046）

隨著GPS技術(shù)不斷完善以及使用GPS技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)不斷豐富，GPS技術(shù)在控制測(cè)量工作中的作用也將不斷提高，為工程建設(shè)提供更加科學(xué)、準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。本文以某一礦區(qū)為例，介紹了GPS技術(shù)在礦山控制測(cè)量中的具體應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析，最終目的是為實(shí)際的礦山控制測(cè)量提供有價(jià)值的理論參考。

GPS；礦山；控制測(cè)量

引言

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)，應(yīng)用無線電測(cè)距交會(huì)原理，通過距離交會(huì)的方法求解地面待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。它具有全天候、速度快、精度高、成本低等特點(diǎn)。隨著GPS技術(shù)的不斷成熟和完善，GPS控制測(cè)量將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制測(cè)量在礦山控制測(cè)量中的應(yīng)用。筆者結(jié)合甘肅省徽縣洛壩外圍及蔡家河鉛鋅礦詳查項(xiàng)目分析了GPS技術(shù)在礦山控制測(cè)量中的運(yùn)用并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了一定的闡述。

1 項(xiàng)目概況

測(cè)區(qū)位于西秦嶺徽（縣）成（縣）盆地的北緣山區(qū)，呈地中山、中切割型地貌，海拔最高1614.1m，最低1014.1m，高差600m，礦區(qū)面積約50km2。測(cè)區(qū)以山區(qū)地貌為主，地形起伏較大，待定點(diǎn)間通視困難，為了滿足該礦區(qū)的勘探、測(cè)圖、生產(chǎn)和建設(shè)，需建立首級(jí)四等控制網(wǎng)。由于礦區(qū)地區(qū)的地形復(fù)雜，并且礦區(qū)周邊的已有控制點(diǎn)相距很遠(yuǎn)，用傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法在人力、物力、財(cái)力方面都將有很大的需求，所以決定采用GPS控制測(cè)量的方法。

2 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980年國(guó)家坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985年國(guó)家高程系統(tǒng)。

2.2 技術(shù)依據(jù)及規(guī)范

（1）《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》（GB/T18341-2001）；

（2）《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026-1993）；

（3）《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T1834-2001）。

2.3 已有資料的利用

測(cè)區(qū)附近有國(guó)家二等三角點(diǎn)三個(gè)分別為鳳凰山、西塘山、尖山子，經(jīng)實(shí)地踏勘各點(diǎn)標(biāo)石保存完好，可作為起算點(diǎn)。

2.4 踏勘、布網(wǎng)

根據(jù)工作需要和測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，選擇D級(jí)GPS控制網(wǎng)作為該測(cè)區(qū)的首級(jí)控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)的平均邊長(zhǎng)要求為5～10km，最弱邊相對(duì)中誤差≤1/40000。

首先在1/萬的地形圖上進(jìn)行室內(nèi)選點(diǎn)，經(jīng)實(shí)地踏勘將各點(diǎn)選在遠(yuǎn)離高壓電線、無線電信號(hào)發(fā)射源等干擾衛(wèi)星信號(hào)的地方。本礦區(qū)在已有的3個(gè)二等控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上布設(shè)了7個(gè)D級(jí)控制點(diǎn)，D級(jí)點(diǎn)的編號(hào)為L(zhǎng)BD01～LBD07，其中最大邊長(zhǎng)為11180.571m，最小邊長(zhǎng)為5335.522m，平均邊長(zhǎng)為7238.436m，符合D級(jí)控制網(wǎng)的要求，布網(wǎng)方式采用邊連式。其控制網(wǎng)分布圖見圖1。

圖1 控制網(wǎng)分布示意圖

2.5 實(shí)測(cè)方法

采用6臺(tái)南方靈銳S86T型GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，儀器標(biāo)稱精度為：平面精度為±2.5mm+1ppm，高程精度為±5mm+1ppm。其采用靜態(tài)定位模式同步觀測(cè)時(shí)間90min，測(cè)量時(shí)嚴(yán)格按照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T1834-2001）的要求執(zhí)行；儀器精確對(duì)中整平，觀測(cè)前后各量取天線高一次，兩次量取的天線高差值不大于3mm時(shí)取其平均值作為最終天線高記入觀測(cè)手簿。在有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)大于4顆時(shí)，方進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，取衛(wèi)星截至高度角為15°，數(shù)據(jù)采樣間隔為10s。

2.6 數(shù)據(jù)處理

2.6.1 GPS基線解算

基線解算時(shí)采用隨機(jī)軟件南方測(cè)繪Gnss數(shù)據(jù)處理，每次將當(dāng)天的采集數(shù)據(jù)傳輸至電腦，并錄入外業(yè)記錄的天線高度，待外業(yè)結(jié)束后將所有采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，設(shè)置基線解算參數(shù)，選擇雙差固定解進(jìn)行全部基線解算程序。根據(jù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理后輸出的基線質(zhì)量分析基線簡(jiǎn)表、閉合環(huán)等成果，如有超限基線則采取調(diào)整高度截止角、歷元間隔、禁用基線、刪除衛(wèi)星或觀測(cè)組合方案的方法，使解算結(jié)果符合規(guī)范要求。求解時(shí)考慮如下因素：

（1）電離層折射影響改正；

（2）對(duì)流層折射影響改正；

（3）數(shù)據(jù)處理時(shí)衛(wèi)星截至高度角15°，數(shù)據(jù)采樣間隔為10s，采用獨(dú)立基線解算；

（4）15km以內(nèi)的基線向量解算時(shí)應(yīng)采用“雙差固定解”[1]。

2.6.2 GPS網(wǎng)平差計(jì)算

（1）在基線解算結(jié)束后對(duì)基線邊采用合格的雙差固定解作為基線解的最終結(jié)果，平差前對(duì)所有同步環(huán)，異步環(huán)及重復(fù)基線閉合差進(jìn)行全面檢查，均符合《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T1834-2001）要求后進(jìn)行重復(fù)基線檢核，環(huán)閉合差檢核，在以上兩項(xiàng)檢核合格的條件下，采用獨(dú)立基線進(jìn)行三維無約束平差計(jì)算。

（2）在D級(jí)GPS網(wǎng)無約束平差確定的有效觀測(cè)的基礎(chǔ)上，在“1980西安坐標(biāo)系”下采用獨(dú)立基線進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)，以礦區(qū)原有的GPS點(diǎn)“鳳凰山、西塘山、尖山子”的1980西安坐標(biāo)系成果作為已知點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行D級(jí)GPS網(wǎng)二維約束平差計(jì)算，約束平差后，提供各D級(jí)GPS點(diǎn)在“1980西安坐標(biāo)系”中的二維坐標(biāo)，基線向量的改正數(shù)，基線邊長(zhǎng)，方位角的精度信息。

（3）在D級(jí)GPS網(wǎng)成果全部計(jì)算完以后，進(jìn)行E級(jí)GPS網(wǎng)成果計(jì)算。首先在E級(jí)GPS網(wǎng)無約束平差確定的有效觀測(cè)量的基礎(chǔ)上，在“1980西安坐標(biāo)系”下進(jìn)行平差計(jì)算，以D級(jí)GPS點(diǎn)的1980西安坐標(biāo)系成果作為已知數(shù)據(jù)進(jìn)行E級(jí)GPS網(wǎng)二維約束平差計(jì)算，約束平差后提供E級(jí)GPS點(diǎn)在“1980西安坐標(biāo)系”中的二維坐標(biāo)，基線向量改正數(shù)、基線邊長(zhǎng)、方位角以及坐標(biāo)、邊長(zhǎng)、方位的精度信息，數(shù)據(jù)處理后的精度如表1所示。

2.6.3 高程控制

由于測(cè)區(qū)位于高山丘陵區(qū)，進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量確有困難，高程控制測(cè)量采用GPS擬合高程的方法進(jìn)行解算，擬合高程內(nèi)符合精度中誤差38.32634mm。

3 GPS技術(shù)在礦山控制測(cè)量中運(yùn)用的相關(guān)問題分析

雖然GPS技術(shù)在礦山控制測(cè)量中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果與應(yīng)用前景，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中因各種條件的限制也暴露出一定的問題：①計(jì)算準(zhǔn)確性問題，按照距離計(jì)算公式，S=v×t，時(shí)間變量容易確定，但是電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同。電磁波在真空中的傳播速度快，而在大氣層中的傳播速度較慢[2]。因而電磁波傳播過程中受電離層和對(duì)流程的影響，導(dǎo)致GPS系統(tǒng)只能采用平均值進(jìn)行計(jì)算。而且不同地區(qū)的大氣含量不同，不同地區(qū)電磁波在大氣中的傳播速度也不同，因此計(jì)算結(jié)果也存在一定誤差。②觀測(cè)問題。GPS測(cè)量依賴于衛(wèi)星對(duì)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，并且GPS通過接收機(jī)接受點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。接受過程中存在干擾因素將影響測(cè)定點(diǎn)位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因而GPS技術(shù)測(cè)量對(duì)環(huán)境要求較高，如視野開闊、測(cè)量范圍內(nèi)無大功率發(fā)射源以及信號(hào)干擾物體和大面積水域區(qū)域減少多路徑效應(yīng)。③測(cè)量結(jié)果問題，不同型號(hào)GPS儀器測(cè)量結(jié)果可能存在差異，且差異可能較大。第四，高程擬合問題，為了提高高程擬合精度，埋設(shè)控制點(diǎn)位時(shí)應(yīng)盡量使其相對(duì)高差越小越好[3]。

表1 數(shù)據(jù)處理精度

4 結(jié)語

在本次作業(yè)中運(yùn)用GPS技術(shù)，能夠明顯提高礦區(qū)控制測(cè)量結(jié)果的精度，在縮短作業(yè)時(shí)間、提高經(jīng)濟(jì)效益方面獲得良好效果。

[1]楊光明.城區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)改造技術(shù)分析[J].甘肅林業(yè)科技，2008，33（3）：79～82.

[2]余洪旗.淺談測(cè)繪新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].廣東科技，2012，54（23）：182+165.

[3]賀園園，孟魯閩.GPS高程擬合在工程測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2010，33（2）：127～129.

P228.4

A

1004-7344（2016）23-0185-02

2016-7-19

葛尊國(guó)（1988-），男，本科，畢業(yè)于桂林理工大學(xué)，主要從事測(cè)繪工作。