礦山測(cè)量中GPS控制網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

林月薇 熊子林

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山測(cè)量工作中對(duì)各種測(cè)量技術(shù)提出了更高的要求，其中以GPS控制網(wǎng)技術(shù)為代表的測(cè)量技術(shù)在得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，有效提高了礦山測(cè)量的精確度?；诖?，文章主要結(jié)合實(shí)例針對(duì)礦山測(cè)量中GPS控制網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)量；GPS控制網(wǎng)；應(yīng)用

1 實(shí)例概況

某測(cè)區(qū)位于平原丘陵地區(qū)，整個(gè)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)植被稀少，而且由于村村通路網(wǎng)的全面覆蓋，該測(cè)區(qū)交通運(yùn)輸條件較為便捷。從地形地勢(shì)上來看，該測(cè)區(qū)平均海拔大約為240m，東西方向上長度大約為24km，南北長度在15km左右，整個(gè)測(cè)區(qū)的總面積約為360km2。各個(gè)礦山企業(yè)均建設(shè)于道路附近，整體布局較為零散，企業(yè)周圍地形遭到了較大的破壞，因此在實(shí)際測(cè)量中單純采用常規(guī)測(cè)量方法難度較大，基于此，該案例選擇了GPS控制網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，并通過引進(jìn)高精度全站儀復(fù)核技術(shù)，在GPS測(cè)量定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合GPS靜態(tài)觀測(cè)模式，以便于提高測(cè)量的精確度。在本次測(cè)量中，可以利用的高等級(jí)已知點(diǎn)主要包括三個(gè)：E25、E29、E30，通過進(jìn)行實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，三點(diǎn)保存均較為完好。該礦區(qū)的GPS控制網(wǎng)形。

2 GPS控制測(cè)量方法和精度分析

（1）測(cè)量儀器的選用：在本次礦區(qū)E級(jí)GPS控制網(wǎng)測(cè)量工作中主要采用了型號(hào)為海達(dá)HD8200G的單頻接收機(jī)（共有四臺(tái)），其標(biāo)稱精度為：平面為±（5mm+1×10-6D），高程為±（10mm+2×10-6D）。另外在水準(zhǔn)測(cè)量過程中則采用了型號(hào)為蘇光DSZ2的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。（2）選點(diǎn)與埋石：在構(gòu)建GPS控制網(wǎng)的過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照測(cè)區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行選點(diǎn)，盡可能的避開有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星接收的干擾源，并要求選點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)離大面積水域，同時(shí)確?？刂泣c(diǎn)能夠與大功率無線電發(fā)射源之間的距離保持在200m以上。本次測(cè)量工作中一共埋設(shè)了16個(gè)GPS控制點(diǎn)，各個(gè)點(diǎn)位都具有良好的通視度，所在地形地基穩(wěn)固，因此現(xiàn)澆30cm×30cm×70cm水泥混凝土樁后可以進(jìn)行長期保存，與此同時(shí)連測(cè)至E25、E29、E30三個(gè)三角點(diǎn)。（3）觀測(cè)方法及要求：通過GPS靜態(tài)作業(yè)模式，按照測(cè)量基線實(shí)際長度的要求分別選取了60min時(shí)段和120min時(shí)段，將衛(wèi)星高度角控制在15°以上，保證有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)量在6顆以上，將數(shù)據(jù)采樣間隔時(shí)間控制在15s，并于GDOP≤8的條件下進(jìn)行觀測(cè)。按照交通調(diào)度情況、GPS設(shè)計(jì)網(wǎng)形以及礦區(qū)測(cè)量作業(yè)組織情況，要求四臺(tái)接收機(jī)嚴(yán)格按照四邊形同步圖形展開觀測(cè)工作，并將構(gòu)網(wǎng)方式確定為連式。在GPS網(wǎng)中應(yīng)盡可能的采用ratio≥3.0的固定雙差解基線，確保異步環(huán)圖形的構(gòu)成，促進(jìn)測(cè)量工作的順利開展。由于礦區(qū)測(cè)量控制區(qū)域整體上呈“東西長、南北窄”的特點(diǎn)，并分布在主要交通線的兩邊，因此需構(gòu)建東西方向附和型控制主網(wǎng)。此外由于控制網(wǎng)邊長相差較大，在觀測(cè)時(shí)還應(yīng)注意對(duì)邊長較短的控制基線進(jìn)行同步觀測(cè)。

3 GPS網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理及檢核

首先需要進(jìn)行基線解算：將雙差固定解作為基線解算的最終成果，本次解算中共獲得92條基線，三維無約束平差，除去其中3條粗差基線，最終獲得滿足測(cè)量要求的合格基線一共有89條。其次對(duì)同步環(huán)觀測(cè)精度進(jìn)行處理和檢核：在該礦區(qū)測(cè)量工作中一共有51個(gè)最小三邊同步環(huán)，全長相對(duì)閉合差≤15×10-6。通過進(jìn)行檢驗(yàn)和校核發(fā)現(xiàn)同步環(huán)全長相對(duì)閉合差最大達(dá)到了8.769×10-6，最小則為0. 07×10-6，其中只有一個(gè)全長相對(duì)閉合差在7.0×10-6以上，滿足礦區(qū)測(cè)量的規(guī)范要求。再次，對(duì)異步環(huán)觀測(cè)精度進(jìn)行處理和檢核：在該礦區(qū)測(cè)量工作中一共有54個(gè)異步環(huán)，按照平均長度為2km進(jìn)行計(jì)算，異步環(huán)坐標(biāo)分量的閉合差符合Wx，Wy，Wz≤82.1mm的要求，全長閉合差W在140.9mm以內(nèi)。通過最終的檢驗(yàn)和校核計(jì)算得出，異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差最大達(dá)到了46.5mm，符合該礦區(qū)的測(cè)量規(guī)范。最后，對(duì)復(fù)測(cè)基線觀測(cè)精度進(jìn)行處理和檢核：該礦區(qū)測(cè)量工作中一共形成了21條復(fù)測(cè)基線，要求所有復(fù)測(cè)基線的長度校差不得超出65mm。通過最終的檢驗(yàn)和校核計(jì)算得出，復(fù)測(cè)基線長度校差均在0.08mm～14.8mm之間，滿足該礦區(qū)的測(cè)量規(guī)范要求。

4 GPS網(wǎng)平差計(jì)算及精度分析

4.1 三維無約束平差的計(jì)算及精度分析

通過上文基線解算我們可以看出，最終滿足測(cè)量要求的合格基線一共有89條，此時(shí)可以通過采用HD52003數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS控制網(wǎng)的三維無約束平差，同時(shí)需提供GPS點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系下所對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，基線向量三個(gè)坐標(biāo)差觀測(cè)值的改正數(shù)基線邊長等數(shù)據(jù)，以便于對(duì)GPS控制網(wǎng)的內(nèi)部符合精度進(jìn)行檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決因多余觀測(cè)誤差造成的網(wǎng)內(nèi)不符值的問題。在將2條精度較差的基線剔除之后，還需要對(duì)三維無約束平差進(jìn)行x2檢驗(yàn)和T檢驗(yàn)，其中x2檢驗(yàn)指的是對(duì)整個(gè)觀測(cè)量群進(jìn)行的檢驗(yàn)，而T檢驗(yàn)則是針對(duì)各個(gè)觀測(cè)元素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和檢驗(yàn)。通過最終檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，GPS控制網(wǎng)內(nèi)部符合精度相對(duì)較高，并且各個(gè)向量解所確定的協(xié)方差陣之間的比例關(guān)系均滿足測(cè)量要求，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度高。

4.2 二維約束平差的計(jì)算及精度分析

首先應(yīng)對(duì)起算數(shù)據(jù)的精度及質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)：在開始約束平差之前，由于起算數(shù)據(jù)的精度差會(huì)直接扭曲整個(gè)GPS控制網(wǎng)，從而降低控制網(wǎng)中點(diǎn)的精度，因此要嚴(yán)格按照測(cè)量及計(jì)算要求做好起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢驗(yàn)工作。通過無約束平差可以得出起算點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，對(duì)比反算起算點(diǎn)間的邊長和原起算點(diǎn)坐標(biāo)反算的邊長，得出二者較差及相對(duì)誤差。通過數(shù)據(jù)可以看出，三個(gè)起算點(diǎn)的精度均達(dá)到了礦區(qū)測(cè)量要求，可以將其作為該礦區(qū)首級(jí)GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)。

其次對(duì)點(diǎn)位質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，精度統(tǒng)計(jì)表可以看出，點(diǎn)位誤差均小于0.4，其中點(diǎn)位誤差在0-0.2cm之間的點(diǎn)數(shù)有14個(gè)，占總點(diǎn)數(shù)的70.0%，在0.2-0.4cm之間的點(diǎn)數(shù)有6個(gè)，占總點(diǎn)數(shù)的30.0%，由此可見，二位平差的點(diǎn)位精度很好，均滿足該礦區(qū)測(cè)量工作的規(guī)范要求。

最后對(duì)全站儀測(cè)距邊長的觀測(cè)，在觀測(cè)過程中主要選擇了索佳全站儀，要求每一條邊的觀測(cè)都應(yīng)進(jìn)行三次往返測(cè)量，并在觀測(cè)前做好溫度及氣壓等參數(shù)的觀察和記錄工作，適當(dāng)調(diào)整測(cè)距常數(shù)，計(jì)算標(biāo)心斜距。另外還需要進(jìn)行抽樣檢查驗(yàn)收，將GPS控制網(wǎng)中總基線邊數(shù)的五分之一作為抽樣檢查樣本，通過采用高精度全站儀對(duì)這些樣本的距離進(jìn)行觀測(cè)和記錄，獲得測(cè)距邊長與對(duì)應(yīng)的GPS實(shí)測(cè)邊長的對(duì)比分析數(shù)據(jù)，從該表數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，通過采用兩種不同的方式進(jìn)行測(cè)量獲得的邊長較差很小，而且相對(duì)誤差也滿足了礦區(qū)測(cè)量的規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

總而言之，GPS控制網(wǎng)技術(shù)選點(diǎn)較為靈活，布網(wǎng)工作開展便捷，不會(huì)受到通視以及網(wǎng)形等因素的限制，尤其是在地形條件相對(duì)復(fù)雜、通視難度較大的礦山測(cè)區(qū)中得到了廣泛應(yīng)用。該方法與首級(jí)控制的四等三角網(wǎng)（鎖）相比，工作時(shí)間明顯縮短，有效降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了礦區(qū)測(cè)量工作的經(jīng)濟(jì)效益。

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