礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查測(cè)繪基準(zhǔn)的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)

楊文府，張曉棠

(1.山西省煤炭地質(zhì)物探測(cè)繪院，山西 晉中 030600；2.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；3.河北省地質(zhì)測(cè)繪院，河北 廊坊 065000)

礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作是我國(guó)礦產(chǎn)資源領(lǐng)域的一次重要國(guó)情調(diào)查。主要目的是對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的礦業(yè)權(quán)(不包括石油、天然氣、煤層氣，下同)現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地核查，重點(diǎn)核查礦業(yè)權(quán)人勘查、開(kāi)采的實(shí)際范圍，摸清礦業(yè)權(quán)分布現(xiàn)狀及規(guī)律，適時(shí)糾正核查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，逐步更新探礦權(quán)、采礦權(quán)登記數(shù)據(jù)庫(kù)，使全國(guó)礦業(yè)權(quán)管理水平有較大的提升。

礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作涉及的測(cè)量工作主要有：①通過(guò)實(shí)地測(cè)量與實(shí)地調(diào)查等方式，確定勘查和開(kāi)拓工程空間分布，獲取礦業(yè)權(quán)人勘查與開(kāi)采活動(dòng)的二維或三維坐標(biāo)，并與登記范圍套合對(duì)比，核實(shí)了礦業(yè)權(quán)人實(shí)際活動(dòng)范圍。②對(duì)實(shí)地核查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和歸類(lèi)，提出解決方案與建議。對(duì)實(shí)地核查無(wú)爭(zhēng)議的露天采礦權(quán)，按照技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)樁標(biāo)界。

要完成礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查測(cè)量工作，必定要有合適的測(cè)繪基準(zhǔn)。國(guó)家規(guī)定礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查成果的平面基準(zhǔn)為1980西安坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。這就要求將原來(lái)各礦業(yè)權(quán)的1954年北京坐標(biāo)系、礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系等統(tǒng)一到1980西安坐標(biāo)系上，將1956年黃海高程系、礦區(qū)獨(dú)立高程系等統(tǒng)一到1985國(guó)家高程基準(zhǔn)上，為將來(lái)礦區(qū)所有地理空間信息成果轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系奠定良好基礎(chǔ)。本文以山西省為例，對(duì)完成信息化框架下的測(cè)繪基準(zhǔn)進(jìn)行介紹，供同仁參考。

1 收集資料

收集了山西省省境內(nèi)561個(gè)C級(jí)點(diǎn)成果，三角點(diǎn)成果1579個(gè)(包括54和80兩套坐標(biāo))，水準(zhǔn)點(diǎn)267個(gè)(不包括C級(jí)點(diǎn)已有的水準(zhǔn)成果)，5萬(wàn)分之一地形圖433幅，萬(wàn)分之一地形圖5774幅、省行政區(qū)劃圖、省礦產(chǎn)資源分布圖。從部、省國(guó)土資源廳獲取了山西省部、省、市、縣四級(jí)發(fā)證的探礦權(quán)、采礦權(quán)登記數(shù)據(jù)，從山西省礦業(yè)權(quán)人收集了各礦原有測(cè)繪基準(zhǔn)及地質(zhì)、測(cè)繪相關(guān)資料，初步查明各礦基礎(chǔ)圖件所采用的坐標(biāo)系、水準(zhǔn)面以及投影參數(shù)，初步分析確定與礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查有關(guān)資料的可利用程度，并進(jìn)行了室內(nèi)分析與整理。

在收集資料和現(xiàn)場(chǎng)踏勘的基礎(chǔ)上，結(jié)合山西省C級(jí)點(diǎn)控制網(wǎng)和一、二等控制點(diǎn)的分布情況，在測(cè)區(qū)劃分上，原則上是按縣級(jí)行政區(qū)進(jìn)行劃分，對(duì)于礦業(yè)權(quán)數(shù)量少且地理位置相近的歸并為一個(gè)測(cè)區(qū)，作為礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查的基本工作單元，如大同市城區(qū)、礦區(qū)、南郊區(qū)合并為一個(gè)測(cè)區(qū)，太原市六城區(qū)合并為一個(gè)測(cè)區(qū)，陽(yáng)泉市城區(qū)、礦區(qū)、郊區(qū)合并為一個(gè)測(cè)區(qū)，長(zhǎng)治市郊區(qū)、城區(qū)合并為一個(gè)測(cè)區(qū)，總計(jì)將全省119個(gè)縣級(jí)行政區(qū)共劃分為110個(gè)測(cè)區(qū)。

2 基準(zhǔn)控制測(cè)量

山西省境內(nèi)C級(jí)網(wǎng)(GPS)共布設(shè)了664個(gè)點(diǎn)，平均邊長(zhǎng)15.23 km，解算空間直角坐標(biāo)X、Y、Z精度最小值為0.5 mm、0.9 mm、0.8 mm，最大值為32.9 mm、26.5 mm、19.6 mm,平均值精度為3.2 mm、4.4 mm、3.7 mm；其擬合區(qū)域大地水準(zhǔn)面精度為±5.0 cm，其精度能滿(mǎn)足礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查起算要求。

2.1 平面控制測(cè)量

山西省礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查基礎(chǔ)控制測(cè)量，分兩種情況：一是測(cè)區(qū)已有控制點(diǎn)的，進(jìn)行聯(lián)測(cè)，檢驗(yàn)其精度；二是測(cè)區(qū)沒(méi)有控制點(diǎn)或控制點(diǎn)精度不符合要求的，一般根據(jù)實(shí)地測(cè)量需要和測(cè)區(qū)面積大小，平均布置7～10個(gè)基礎(chǔ)測(cè)量控制加密點(diǎn)，采用靜態(tài)GPS聯(lián)測(cè)，滿(mǎn)足測(cè)區(qū)控制測(cè)量需要。另外，大同、朔州礦區(qū)控制測(cè)量采用了SXCORS系統(tǒng)進(jìn)行了觀(guān)測(cè)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，大同、朔州SXCORS系統(tǒng)覆蓋礦區(qū)占了兩市礦業(yè)權(quán)數(shù)的1/2多，為礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查提供了很好的覆蓋范圍，大大提高了控制測(cè)量精度、速度與效率，實(shí)現(xiàn)了核查GPS實(shí)時(shí)差分定位，取得了較好的效果。

2.2 高程控制測(cè)量

為了控制高程精度，山西省礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作采用了四種方法：一是使用SXCORS系統(tǒng)直接進(jìn)行高程測(cè)量。二是利用大地水準(zhǔn)面精化成果進(jìn)行高程控制。山西省建立了高精度似大地水準(zhǔn)面模型，直接改算GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行高程控制，滿(mǎn)足了礦業(yè)權(quán)核查的需要，如山西省2′30″×2′30″GPS-重力似大地水準(zhǔn)面圖(米)。三是以C級(jí)點(diǎn)(大部分有三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè))和各等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)為起算，采用GPS高程擬合建立測(cè)區(qū)高程控制網(wǎng)。四是采用水準(zhǔn)測(cè)量方法或電磁波測(cè)距高程導(dǎo)線(xiàn)建立高程控制網(wǎng)。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1954年北京坐標(biāo)系與1980西安坐標(biāo)系之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，由一定數(shù)量的已知點(diǎn)(54、80坐標(biāo)都已知)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而將各礦權(quán)的54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成80坐標(biāo)。

為了保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一致性和連續(xù)性，在條件允許的情況下，盡量采用國(guó)家等級(jí)點(diǎn)來(lái)求取兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)原則上以縣、區(qū)為單位求取，相鄰縣的礦區(qū)盡量公用已知點(diǎn)。

對(duì)于殘差較大的個(gè)別地區(qū)，主要采用了縮小控制范圍、調(diào)整所采用的已知點(diǎn)等辦法來(lái)解決，這樣有些縣的轉(zhuǎn)換參數(shù)就會(huì)劃分為幾塊(如靈石劃分為：北、東、南三塊，鄉(xiāng)寧縣劃分為西、中、東三塊，榆次劃為南、北兩塊等等)。

另外，大同、朔州兩市，由于利用已知點(diǎn)計(jì)算殘差太大，大部分采用了野外實(shí)測(cè)點(diǎn)來(lái)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，具體轉(zhuǎn)換方法如下：

3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)不是1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法

使用1954年北京坐標(biāo)系的，選取測(cè)區(qū)邊緣國(guó)家C級(jí)GPS點(diǎn)，與本區(qū)首級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，求取公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)，計(jì)算轉(zhuǎn)化參數(shù)；按此參數(shù)，將本區(qū)所有特征點(diǎn)和礦業(yè)權(quán)拐點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為1980西安坐標(biāo)系。

面積在400 km2以?xún)?nèi)的測(cè)區(qū)，選取的國(guó)家C級(jí)GPS點(diǎn)不少于3個(gè)，面積大的應(yīng)適當(dāng)增加點(diǎn)數(shù)。

使用1954年北京坐標(biāo)系的，且改變了中央子午線(xiàn)和橢球常數(shù)的，需按逆運(yùn)算方法恢復(fù)1954年北京橢球參數(shù)，將控制點(diǎn)成果恢復(fù)到1954年北京坐標(biāo)中，再按上述方法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

使用1975國(guó)際橢球改變了中央子午線(xiàn)和投影面位置的，需將成果恢復(fù)到1975國(guó)際橢球，使用橫軸墨卡托投影的，需恢復(fù)高斯投影。

對(duì)于測(cè)區(qū)橫跨兩個(gè)坐標(biāo)3°帶的，應(yīng)按照面積較大的一帶進(jìn)行投影和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

使用繪圖軟件對(duì)圖件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)于使用標(biāo)準(zhǔn)分幅的圖件，可直接利用計(jì)算的輪換參數(shù)，用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的作圖軟件將1954年北京坐標(biāo)系的原圖轉(zhuǎn)換到1980西安坐標(biāo)系。

3.2 不同地區(qū)其轉(zhuǎn)換參數(shù)不同，要逐地區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證

在計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，注意了以下幾點(diǎn)：①已知點(diǎn)最好選在測(cè)區(qū)四周及中心，均勻分布，能有效的控制測(cè)區(qū)。不能選在測(cè)區(qū)的一端，從一端無(wú)限制地向另一端外推。盡量減少轉(zhuǎn)換參數(shù)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。②為了提高精度，選取5個(gè)以上的點(diǎn)利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了校驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和正確性，還選用了幾個(gè)點(diǎn)不參與計(jì)算，而帶入公式起校驗(yàn)作用，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)滿(mǎn)足要求的轉(zhuǎn)換參數(shù)是可靠的。

3.3 實(shí)地核查坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

影響坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度的主要因素有：公共點(diǎn)的點(diǎn)位精度、公共點(diǎn)的數(shù)量和分布、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型三種情況。按照上述原則，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的平面結(jié)果直接采用，高程以GPS C級(jí)網(wǎng)起算后的實(shí)測(cè)擬合成果為準(zhǔn)；對(duì)無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，則以當(dāng)?shù)厮疁?zhǔn)點(diǎn)1956、1985黃海高程差值為準(zhǔn)，按距離加權(quán)法進(jìn)行插值進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換。考慮到原有國(guó)家一、二等三角網(wǎng)個(gè)別點(diǎn)54、80坐標(biāo)有不兼容問(wèn)題，所以在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件計(jì)算時(shí)，對(duì)已知公共點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)誤差驗(yàn)證。當(dāng)有點(diǎn)位誤差超過(guò)1dm時(shí)，進(jìn)行剔除，如此一直循環(huán)，直到所有點(diǎn)位滿(mǎn)足要求為止。當(dāng)個(gè)別地區(qū)已知點(diǎn)數(shù)量不夠的，用GPS 布網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，解算出的兩套坐標(biāo)成果作為轉(zhuǎn)換公共點(diǎn)成果。

通過(guò)此次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在一些特征點(diǎn)上進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明了轉(zhuǎn)換精度的可靠性，確保了成果高精度納入1980西安坐標(biāo)系。

4 建立核查基準(zhǔn)所取得成果

4.1 形成了大量基礎(chǔ)資料

實(shí)地核查中，按照《全國(guó)礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作指南與技術(shù)要求》，向各礦區(qū)引入了2～3個(gè)控制點(diǎn)且精度符合《全國(guó)礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作指南與技術(shù)要求》規(guī)定。山西省共完成了110個(gè)測(cè)區(qū)的控制測(cè)量任務(wù)，加密基礎(chǔ)控制點(diǎn)939個(gè)，基礎(chǔ)控制面積130917.632 km2,向礦區(qū)引入控制點(diǎn)13969個(gè)，埋設(shè)界樁15607個(gè)、提交核查記錄表、基本情況說(shuō)明7466份、對(duì)照表7466份、編制探礦權(quán)勘查工程實(shí)際材料圖359張、采礦權(quán)開(kāi)拓工程平面圖7107張，為規(guī)范礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)秩序、加強(qiáng)礦政管理提供了可靠的技術(shù)支撐。

4.2 統(tǒng)一實(shí)測(cè)成果

將1954年北京54坐標(biāo)系等舊有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)為1980西安坐標(biāo)系，將1956年黃海高程系等原有高程基準(zhǔn)變?yōu)?985國(guó)家高程基準(zhǔn)，是山西省礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查的重要任務(wù)之一。由于歷史原因和技術(shù)手段的差異，原山西省1954年坐標(biāo)控制網(wǎng)，共涉及城建、地礦、煤田、軍測(cè)、國(guó)家測(cè)繪局、各礦務(wù)局等多個(gè)部門(mén)施測(cè)的坐標(biāo)成果，相互之間兼容性很差；如在大同-朔州-寧武區(qū)一、二等成果下構(gòu)建的(大同礦區(qū)Ⅲ、Ⅳ等網(wǎng)、紅泉溝測(cè)區(qū)、平魯露天礦Ⅲ、Ⅳ等網(wǎng)、安太堡Ⅲ、Ⅳ等網(wǎng)) 坐標(biāo)系的大地點(diǎn)坐標(biāo)，是通過(guò)不同區(qū)域的局部平差逐次得到的，在不同區(qū)域的結(jié)合部，同一點(diǎn)的坐標(biāo)差相差達(dá)1～2m;不同區(qū)域的尺度差異也很大，坐標(biāo)傳遞的累積誤差也很明顯。為了提高礦權(quán)核查精度，保證成果統(tǒng)一，在收集分析以往資料的基礎(chǔ)上，對(duì)于能夠連接的控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),以新網(wǎng)覆蓋舊網(wǎng)的形式加以編輯整理,進(jìn)行整體聯(lián)網(wǎng)平差。以縣、區(qū)等行政單元為測(cè)區(qū)，同時(shí)盡量考慮礦業(yè)權(quán)分布情況，用二等以上三角點(diǎn)及C級(jí)點(diǎn)為起算點(diǎn)布設(shè)控制網(wǎng)，得到測(cè)區(qū)控制點(diǎn)54、80、CGCS2000坐標(biāo)，算得54與80坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，用此參數(shù)對(duì)礦權(quán)發(fā)證54礦界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到了礦業(yè)權(quán)的礦界80坐標(biāo)，對(duì)于礦界相鄰的礦業(yè)權(quán)，布網(wǎng)時(shí)充分注意其空間分布，相鄰礦界全部選用一個(gè)參數(shù)，保證了轉(zhuǎn)換80坐標(biāo)后礦界與原54成果相互關(guān)系的一致性。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此次統(tǒng)一基準(zhǔn)，使原礦業(yè)權(quán)成果高精度地納入1980西安坐標(biāo)系，確定了核查范圍地理空間信息的幾何形態(tài)和時(shí)空分布，核查范圍地理要素在真實(shí)世界的空間位置的參考基準(zhǔn)，保證了核查范圍地理空間信息在時(shí)間域和空間域上的整體性，為礦業(yè)權(quán)新一輪發(fā)證工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，摸清了礦業(yè)權(quán)家底，核準(zhǔn)了礦業(yè)權(quán)人勘查、開(kāi)采實(shí)際活動(dòng)范圍，界定了礦業(yè)權(quán)人勘查、開(kāi)采活動(dòng)的合法性，推動(dòng)了礦業(yè)權(quán)管理數(shù)字信息化建設(shè)，為規(guī)范礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)秩序、合理設(shè)置礦業(yè)權(quán)和依法維護(hù)礦業(yè)權(quán)人合法權(quán)益提供了依據(jù)。

[1] 付晶澤.論全國(guó)礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查的必要性及其意義[J].中國(guó)礦業(yè),2009, 18(5):11-12.

[2] 國(guó)土資源部.全國(guó)礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作指南與技術(shù)要求[M].北京:中國(guó)大地出版社,2008：1-2.

[3] 李德仁.多學(xué)科交叉中的大測(cè)繪科學(xué)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2007,36 (4):364-365.

[4] 陳俊勇. 中國(guó)大地坐標(biāo)系統(tǒng)2000(CGCS2000)及其框架[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2008,37(3):269-271.

[5] 郜向貞,楊文府.礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查工作坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題的探討 [J].礦山測(cè)量，2009,37(6):28-29.

[6] 李建成.我國(guó)現(xiàn)代高程測(cè)定關(guān)鍵技術(shù)若干問(wèn)題的研究及進(jìn)展[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版, 2007,32(11):980-987.

[7] 趙克江.礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查成果圖件編制技術(shù)探討[J].測(cè)繪通報(bào), 2010(1):64-67.

[8] 張胤彬,楊文府,康志軍.礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查的技術(shù)方法探討[J].中國(guó)礦業(yè), 2010, 19(10):36-39.