GPS技術(shù)在新疆賽爾七礦控制測量中的應(yīng)用＊

王宗翔，李晴晴，王小平

（江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司地質(zhì)勘探工程處，江蘇 徐州221131）

0 引 言

新疆賽爾七礦位于和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮(zhèn)東10km處，距和布克賽爾蒙古自治縣城50km，行政區(qū)隸屬和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮(zhèn)管轄，測區(qū)東西長約8km，南北寬約4～12.2km，面積約37km2.其中心地理坐標(biāo)為：東經(jīng)86°04′；北緯46°30′.測區(qū)屬典型大陸性氣候，年平均氣溫4.4～6.8°C.測區(qū)內(nèi)交通較方便。為滿足煤田地質(zhì)勘查工作需要，在勘查區(qū)內(nèi)進(jìn)行了控制測量。

1 控制測量

1.1 作業(yè)依據(jù)和已有測量成果

1）作業(yè)依據(jù)。作業(yè)依據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB／T－18314－2009）［1］、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘探測量規(guī)范》（GB／T18341－2001）［2］。

2）已有測量成果?？辈閰^(qū)附近有II等國家等級點1個黃羊梁子（2604），Ⅲ等國家等級點1個和什托洛蓋，Ⅳ等國家等級點1個83 420，其中黃羊梁子（2604）、83 420為Ⅳ等水準(zhǔn)高程，平面、高程精度良好。測量成果平面為1980年西安坐標(biāo)系統(tǒng)，高程為1985年國家高程基準(zhǔn)。六度分帶，帶號15，中央子午線87°.經(jīng)實地踏勘，以上國家等級點中心標(biāo)石完好。

1.2 網(wǎng)的圖形設(shè)計

網(wǎng)的圖形設(shè)計，雖然主要決定于用戶的要求，但是有關(guān)經(jīng)費(fèi)、時間和人力的消耗以及所需接收設(shè)備的類型、數(shù)量和后勤保障條件等，也都與網(wǎng)的圖形設(shè)計有關(guān)。對此應(yīng)當(dāng)充分加以重視，以期在滿足用戶要求的條件下，盡量減少成本。

1.2.1 設(shè)計的一般原則

1）GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，例如三角形、多邊形或附和線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。

2）GPS網(wǎng)作為測量控制網(wǎng)，其相鄰點間基線向量的精度，應(yīng)分布均勻。

3）GPS網(wǎng)點應(yīng)盡量與原有地面控制網(wǎng)點相重合。重合點一般不應(yīng)少于3個（不足時應(yīng)聯(lián)測），且在網(wǎng)中應(yīng)分布均勻，以利于可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

4）GPS網(wǎng)點應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點相重合，而非重合點，一般應(yīng)根據(jù)要求以水準(zhǔn)測量方法（或相當(dāng)精度的方法）進(jìn)行聯(lián)測，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準(zhǔn)聯(lián)測點。

5）為了便于GPS的測量觀測和水準(zhǔn)聯(lián)測，GPS網(wǎng)點一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通便利的地方。

1.2.2 基本圖形的選擇

根據(jù)GPS測量的不同用途，GPS網(wǎng)的獨立觀測邊，應(yīng)構(gòu)成一定的幾何圖形。圖形的基本形式如下：

1）三角形網(wǎng)

GPS網(wǎng)中的三角形邊由獨立觀測邊組成。根據(jù)經(jīng)典測量的經(jīng)驗，這種圖形的幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)，具有良好的自檢能力，能夠有效地發(fā)現(xiàn)觀測成果的粗差，以保障網(wǎng)的可靠性。同時，經(jīng)平差后網(wǎng)中相鄰點間基線向量的精度分布均勻。網(wǎng)形的主要缺點是觀測工作量較大，尤其當(dāng)接收機(jī)的數(shù)量較少時，使觀測工作的總時間大為延長。

2）環(huán)形網(wǎng)

由若干含有多條獨立觀測邊的閉合環(huán)所組成的網(wǎng)，稱為環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)形與經(jīng)典測量中的導(dǎo)線網(wǎng)相似，其圖形的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比三角網(wǎng)差，非直接觀測的基線邊精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻，優(yōu)點是觀測工作量較小，且具有較好的自檢性和可靠性。

3）星形網(wǎng)

星形網(wǎng)的幾何圖形簡單，但其直接觀測邊之間，一般不構(gòu)成閉合圖形，其檢驗與發(fā)現(xiàn)粗差的能力差。這種網(wǎng)的主要優(yōu)點，是觀測中通常只需要兩臺GPS接收機(jī)，作業(yè)簡單。

賽爾七礦是一個丘陵區(qū)，且有多臺接收機(jī)同時作業(yè)，本次采用三角形網(wǎng)進(jìn)行此次控制測量。

1.3 埋設(shè)標(biāo)石

GPS點位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收機(jī)、視野開闊的較高點上，視場內(nèi)不應(yīng)有高度角大于15°的成片障礙物，點位應(yīng)遠(yuǎn)離有整片幕墻玻璃的高大建筑物，遠(yuǎn)離大片平靜水面，以降低多路徑效應(yīng)對GPS衛(wèi)星信號的影響。還應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，以避免電磁場對GPS信號的干擾。GPS網(wǎng)點應(yīng)埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，以精確標(biāo)志定位，點的標(biāo)石和標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅固以利于長久保存和利用，并制作點之記。

1.4 技術(shù)難點和技術(shù)措施

1）起算數(shù)據(jù)的選擇

GPS控制網(wǎng)平差數(shù)據(jù)得到的是WGS－84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，必須經(jīng)過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換才能得到西安80系坐標(biāo)。起算數(shù)據(jù)相對精度的高低決定著整個控制網(wǎng)精度的高低，必須確保起算數(shù)據(jù)相對高精度。本次GPS E級控制測量工作的起算點為II、III、IV等國家等級點，保證了精度。

2）對原三角成果的檢驗

對于測區(qū)而言，作為起算點的國家控制點有可能受外界因素影響，布設(shè)GPS控制網(wǎng)時應(yīng)適當(dāng)重合部分以往舊三角點，以檢驗原三角點成果的可靠性。本次工作聯(lián)測了2個以往的GPS E級點，2個點的原平面成果與新GPS平面成果較差小于0.04 m.國家等級控制點間無約束平差實測基線長與理論長度的相對精度大于1／200萬；無約束平差實測國家等級控制點間實測高差與理論高差的較差小于0.001m.比較結(jié)果證明這些點沒有發(fā)生位移。

3）控制網(wǎng)的高程精度

賽爾七礦是一個丘陵區(qū)，地勢不是很平坦。受條件限制能聯(lián)測的水準(zhǔn)高程控制點只有兩個。因此GPS E級網(wǎng)的高程采用GPS擬合高程。

4）觀測時間的確定

外業(yè)采用五臺南方S86型GPS衛(wèi)星接收機(jī)同步觀測，每點觀測時間不少于45min.正常情況下控制網(wǎng)的無約束平差的點位誤差在5mm以內(nèi)，加上起算點誤差之后，點位誤差均小于2cm.但在觀測環(huán)境不好的情況下，適當(dāng)延長觀測時間。只有保證足夠的觀測時間，才能保證控制網(wǎng)取得高精度。

5）控制點選擇

GPS E級控制點選在便于安置接收設(shè)備和操作、視野開闊、被測衛(wèi)星高度角大于15°的地方，測點距無線電發(fā)射源（如電視臺、微波站等）大于400 m，距高壓輸電線大于200m，其距離點位附近嚴(yán)禁有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體；點位地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，且利于長期保存?？刂泣c地面測點均為混凝土普通標(biāo)石。

2 作業(yè)過程

2.1 GPS網(wǎng)觀測

1）GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測

GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測，可根據(jù)測區(qū)地形變化和地面控制點的分布而定。一般在GPS網(wǎng)中至少要重合觀測三個以上的地面控制點作為約束點。為保證GPS網(wǎng)進(jìn)行約束平差后坐標(biāo)精度的均勻性以及減少尺度比誤差影響［3］，對GPS網(wǎng)內(nèi)重合的高等級國家點，要適當(dāng)?shù)臉?gòu)成長邊的同步觀測環(huán)進(jìn)行觀測。

2）外業(yè)觀測

GPS觀測時，應(yīng)視衛(wèi)星信號情況、點位環(huán)境和基線長度等因素的影響，必要時適當(dāng)延長觀測時間。觀測過程中，人員應(yīng)盡量不靠近天線，且不要在天線附近走動和使用對講機(jī)，使用對講機(jī)應(yīng)離天線10m以上。雷雨天氣應(yīng)停測，并卸下天線；人員應(yīng)從高地撤到堅固的建筑物內(nèi)或低洼空地上。正確量取并記錄天線高，并要求測前、測后量取兩次，取平均值為天線高，兩次量取差值不得超過3 mm，否則應(yīng)重新設(shè)站觀測。天線高記錄不得劃改。在GPS觀測時，每個測站均要求用觀測手簿進(jìn)行記錄，記錄內(nèi)容為：點名、點號、觀測者、記錄者、天氣、日期、時間、時段、天線高、接收機(jī)編號、天線編號等，并將特殊情況記錄在備注欄內(nèi)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

觀測結(jié)束后，采用GPS數(shù)據(jù)處理隨機(jī)軟件進(jìn)行基線向量的解算、復(fù)測基線的驗算。先進(jìn)行二維無約束平差，要求最弱點位中誤差應(yīng)小于0.05m，最弱邊相對中誤差小于1／45 000.當(dāng)各種限差滿足規(guī)范要求時進(jìn)行GPS網(wǎng)的控制網(wǎng)平差計算。E級GPS網(wǎng)平差結(jié)果：自由網(wǎng)平差后點位中誤差最大為0.002 0m，相對誤差最大為1／77 350，高程點最大中誤差0.000 4m，精度滿足規(guī)范要求。

3 結(jié) 論

實踐證明：新疆賽爾七礦運(yùn)用GPS進(jìn)行控制測量，能滿足高精度定位測量的需要。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，定位精度高、觀測時間短、操作簡便，降低了外業(yè)觀測強(qiáng)度和內(nèi)業(yè)計算工作量。這種作業(yè)方式可以提高工作效率，降低勞動強(qiáng)度，降低成本，控制網(wǎng)的布設(shè)方法簡單、靈活。此作業(yè)方式也為類似的其它勘查區(qū)進(jìn)行控制測量提供了一個很好的范例。

［1］ 中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部.GB／T18341－2009地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［2］ 中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部.GB／T18314－2009全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］ 周忠謨.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用［M］.2版.北京：測繪出版社，1997.