礦區(qū)工程測量中GPSRTK技術(shù)的應(yīng)用分析

郭睿

摘要：GPS改變了傳統(tǒng)的礦區(qū)控制測量方法。在礦區(qū)測量中，GPS對簡化測量作業(yè)過程和降低勞動強(qiáng)度有明顯的作用，因此有必要探討GPS技術(shù)在礦區(qū)控制測量中的應(yīng)用。本文介紹了GPS基本的工作原理，結(jié)合實踐經(jīng)驗從作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、控制測量方法、平差計算和高程擬合4個方面論述了如何利用GPS技術(shù)在礦區(qū)控制測量以及如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在此基礎(chǔ)上提出幾點提高測繪精度的方法。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)工程；GPS技術(shù)；應(yīng)用

引言

隨著現(xiàn)代新興技術(shù)的快速發(fā)展，通信信息領(lǐng)域也有了翻天覆地的新變化，許多新技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。而GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)則是在通信信息技術(shù)方面運(yùn)用的最為廣泛的，在對土地地表及地形的測量和各種工程的監(jiān)測過程當(dāng)中起到了很大的作用。同時，GPS這門技術(shù)還被運(yùn)用在諸多方面，GPS技術(shù)在各個領(lǐng)域當(dāng)中起到的重要作用顯而易見。

一、GPS測量的主要內(nèi)容

1.高程系統(tǒng)的主要內(nèi)容

什么是高程系統(tǒng)？就是針對不同特征的起算面，其中的內(nèi)容包括大地水準(zhǔn)面、橢球面、似大地水準(zhǔn)面等，這就是高程體系。但是從宏觀上來分，高程體系有劃分為三大系統(tǒng)，分別是大地高程、正高系統(tǒng)、正高程系統(tǒng)。大地高程就是大地地面點在三維空間坐標(biāo)系中所處的幾何位置，其中的表示方式是大地經(jīng)度、大地緯度、大地高程。大地高程的基準(zhǔn)面主要是一橢球面為基礎(chǔ)，主要是指在地面沿著法線到達(dá)橢球面的實際距離。大地高程可以通過衛(wèi)星大地進(jìn)行測量，也就是我們所熟知的GPS技術(shù)，還可以利用幾何和物理大地進(jìn)行結(jié)合測量。大地高程在物理方面是不具備實際價值的，其作用也只是在夜光幾何中才能體現(xiàn)。被測量點的正常高可以通過合重力和大地水準(zhǔn)面的方式進(jìn)行測量。征稿主要是指地面定點的鉛垂線到達(dá)大地平面的實際距離。在高程西永當(dāng)中把大地水準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)面的系統(tǒng)就是正高系統(tǒng)。其中正高Hg就是表示地面點通過垂涎到達(dá)大地水準(zhǔn)面的距離，其中的正常高Hr主要是指地面點通過正常重力線到達(dá)接近于大地水準(zhǔn)面的距離，這兩種方式所計算出的大地高程存在一定的差距。在進(jìn)行測量的時候，，我們運(yùn)用正常高和大地高的方法比較多，正常高在我國高程系統(tǒng)當(dāng)中也是通用的。

一般情況下，我們在進(jìn)行測量的時候，對于似大地水準(zhǔn)面的測量都是運(yùn)用的GPS水準(zhǔn)高程的方式。在進(jìn)行水準(zhǔn)測量的時候，利用GPS網(wǎng)上的眾多公共點的普通高來測量各個點的GPS水準(zhǔn)值。再計算出似大地水準(zhǔn)面。從而算出各個點正常高的值。

2.正常高的確定可以利用多項式曲面擬合法

正常高的測量通常都是使用的曲面擬合法。這種方式是利用各個已經(jīng)確定下來的點的高程異常值來建立和大地水準(zhǔn)面相近的曲面，其運(yùn)用范圍也是在確定大地水準(zhǔn)面。平面坐標(biāo)和大地高的準(zhǔn)確熟知也可以使用GPS觀測后的數(shù)值進(jìn)行平差，然后得到最終結(jié)果。利用Hγ=Hg4-ξ的原理公式可以得出正常高的值。通過上面的公式可以發(fā)現(xiàn)要判定一個點的大地高數(shù)值和高程異常，才可以得到正確的結(jié)果。我們可以通過水準(zhǔn)高程的方法來求出高程異常，在利用GPS技術(shù)來測量出該區(qū)域的大地高，再使用水準(zhǔn)聯(lián)測的方法來求出正常高的值，這樣就可以求出高程異常的數(shù)值。運(yùn)用最多的則是多項式曲面擬合法，通過已經(jīng)得到的高程異常，再利用曲面擬合的方式來判斷GPS中的高程異常。把高程體系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再使用擬合函數(shù)的方式來求出相關(guān)點的高程異常。而通常采用的擬合模型有三種：

（1）常要二次曲面函數(shù)的擬合模型：

ξ=a0+a1Xi+a2Yi+a3+a4+a5XiYi-εi

（2）個聯(lián)測點以下的平面函數(shù)擬合模型：

ξ=a0+a1Xk+a2Yk–εk

（3）個聯(lián)測水準(zhǔn)點的矩陣型模型：

ξ=ξ1ξ2…ξ3 A=a0a1…an X=0XiYi…XiYi ε=ε1ε2…εn

ξ=AX-ε

上面所給出的三個方程都能列出各個已知點。我們在進(jìn)行測量的時候，對于各個點的擬合程度要保證在最佳狀態(tài)，通過不同的范圍和實際的區(qū)域狀況來轉(zhuǎn)變工作狀態(tài)，盡可能的去認(rèn)識各個大地水準(zhǔn)面的實際特征，從而找到各個點中最佳的參數(shù)資料，以便達(dá)到最好的擬合效果，建立各個水準(zhǔn)聯(lián)測點要保證其中均衡性和最優(yōu)化設(shè)計，這樣才能保證非聯(lián)測點中高程異常的準(zhǔn)確程度。

3.多項式曲面擬合準(zhǔn)確程度的實際評價

1.在計算擬合殘差ν1時，可以通過公式把ξ1的值和擬合值ξ求出，再計算出其中的內(nèi)符合精度。公式如下：

μ=±[VV]/（n-1）

其中n表示V的數(shù)量。

2.通過已經(jīng)知道的擬合值和檢測點中的差值來進(jìn)行外部符合精讀的計算。外部符合精讀主要是利用M來表示，公式如下：

M=±[VV]/（n-1）

其中n表示檢測點數(shù)量。

二、GPS高程測量在礦區(qū)工程中的實際運(yùn)用狀況

在礦區(qū)的控制網(wǎng)中一共設(shè)立了27個點的聯(lián)測水準(zhǔn)高程，再運(yùn)用32個GPS測量點套用多項式曲面擬合法來進(jìn)行相關(guān)的高程精度計算。

圖一為首級平面控制網(wǎng)中GPS的分布圖，圖二位控制網(wǎng)重合點高程異常，圖三為對比高程異常值，通過圖二的數(shù)值來設(shè)定重合點和擬合點。把已經(jīng)計算出的高程異常通過多想曲面擬合的方式來推算出其中的高程異常，再把擬合高程異常值和高程異常值進(jìn)行對比來測算出擬合殘差，在圖三中，我們可以看出，最大的擬合殘差值為0097米，最小的則為0002米。為什么會出現(xiàn)這種情況？是因為沒有進(jìn)行改正地形所造成的依據(jù)相關(guān)的公式測算出不準(zhǔn)確的結(jié)果為004米。高程點和擬合點的實際距離都是在5千米左右，其中該網(wǎng)的精度達(dá)到了0044毫米，和四等幾何水準(zhǔn)面的精讀相吻合。通過這個結(jié)論，我們可以發(fā)現(xiàn)在比較平坦的地方，我們就要把公共電分布的比較均勻，這樣使用多項式曲面擬合的方式所獲得的準(zhǔn)確度就會增加。加入在山地或是比較復(fù)雜的地形中，我們就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變。

三、結(jié)束語

GPD具有靈活、方便和不受通視、網(wǎng)形的限制的優(yōu)點，對復(fù)雜地形的測量具有明顯的優(yōu)越性，GPS終端能實現(xiàn)智能化和自動化，能較少測量工作的勞動強(qiáng)度。在測繪時可用通過特定的軟件對數(shù)據(jù)自動處理。它改變了傳統(tǒng)的礦區(qū)控制測量的模式。在礦區(qū)測量中GPS對提稿生產(chǎn)力的作用尤為明顯，正確應(yīng)用GPS技術(shù)可以為礦區(qū)控制測量更好地服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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