鉛鋅礦區(qū)控制測(cè)量中GPS的應(yīng)用

王青

(陜西銀母寺礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 鳳縣 721706)

一、GPS在礦區(qū)控制測(cè)量中應(yīng)用的特點(diǎn)

(一)控制測(cè)量方法

把GPS接收機(jī)(超過(guò)2臺(tái))依次裝配于基線的各端點(diǎn)上，其中需要具有幾個(gè)已知點(diǎn)，對(duì)觀測(cè)站之間相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)已知點(diǎn)與每一觀測(cè)基線構(gòu)成GPS控制網(wǎng)，用相應(yīng)的軟件來(lái)對(duì)每一未知控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行求解。

GPS技術(shù)的引入將傳統(tǒng)的作業(yè)方式替代，因觀測(cè)站相互間無(wú)須保持通視狀態(tài)，同時(shí)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)比較靈活，所以，選點(diǎn)任務(wù)量明顯降低，非常方便;無(wú)須在儀器不能達(dá)到的區(qū)域設(shè)點(diǎn)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度;同時(shí)還無(wú)須支付建立高標(biāo)的費(fèi)用，使得成本明顯減小。此外，該技術(shù)還有便于操作、觀測(cè)迅速、能夠24小時(shí)不間斷作業(yè)等諸多特征。

(二)鉛鋅礦礦區(qū)主要特點(diǎn)

該礦屬于井下開(kāi)采礦山，由于地表人類活動(dòng)頻繁，人口量大，這樣就很難保持測(cè)量控制點(diǎn);該點(diǎn)服務(wù)于采區(qū)內(nèi)工程。另一方面，井下控制系統(tǒng)通過(guò)舊礦區(qū)四等控制點(diǎn)構(gòu)建近井點(diǎn)，利用聯(lián)系測(cè)量引入井下各中段，地面控制測(cè)量成果一定要和井下控制測(cè)量系統(tǒng)相符，唯有如此，才可以保證井下安全與每項(xiàng)地面工程的準(zhǔn)確性。

二、靜態(tài)GPS控制測(cè)量檢測(cè)

(一)無(wú)約束條件下基線長(zhǎng)度檢測(cè)

1.檢測(cè)結(jié)果

應(yīng)用南方北極星9600接收機(jī)(3臺(tái))來(lái)進(jìn)行地面靜態(tài)GPS控制測(cè)量，設(shè)站地點(diǎn)為井下控制系統(tǒng)起算邊的QCL和ZJ兩點(diǎn)，對(duì)基線精度進(jìn)行檢定，并且還對(duì)其與國(guó)家四等控制網(wǎng)兼容性進(jìn)行檢定，采集數(shù)據(jù)以后通過(guò)相應(yīng)的軟件加以處理，該環(huán)節(jié)僅輸入1個(gè)已知點(diǎn)，然后通過(guò)各種坐標(biāo)系來(lái)求解;且邊長(zhǎng)觀測(cè)主要通過(guò)徠卡全站儀來(lái)完成，對(duì)全站儀觀測(cè)平距進(jìn)行二化改正，然后將結(jié)合和GPS基線長(zhǎng)度及已知點(diǎn)坐標(biāo)反算長(zhǎng)度對(duì)比，結(jié)果表明，各個(gè)坐標(biāo)系下向量方向值相符，與已知方向值的較差都是0.1d，另外，兩已知點(diǎn)的高差值同樣相符，接近國(guó)家控制網(wǎng)的高差值，兩者之間的差距只有6毫米。基本滿足精度要求。

2.無(wú)約束條件下靜態(tài)GPS測(cè)量應(yīng)用方式

測(cè)量過(guò)程中，為滿足相應(yīng)的精度要求，當(dāng)只有一個(gè)已知點(diǎn)的時(shí)候，解算過(guò)程中利用西安80坐標(biāo)系;或引入基于北京54坐標(biāo)系的自定義坐標(biāo)系，其參數(shù)設(shè)置使參考橢球面與礦區(qū)范圍內(nèi)的大地水準(zhǔn)面吻合，充分確保解算成果和井下控制測(cè)量成果相一致。

(二)采用不同坐標(biāo)系約束條件下基線長(zhǎng)度

1.基線約束

即把實(shí)測(cè)的基線地面平距和兩個(gè)已知點(diǎn)反算的高斯平面距離進(jìn)行比較，通過(guò)這種方法獲得約束比m，最終把全部觀測(cè)地面基線向高斯平面約束。國(guó)內(nèi)應(yīng)用的80西安或者54北京坐標(biāo)系都是參心坐標(biāo)系，而GPS定位則引入了地心空間直角坐標(biāo)系。所以，必須細(xì)致分析參心與地心空間直角坐標(biāo)系兩者間的轉(zhuǎn)換，從理論的層面進(jìn)行分析，共有四個(gè)未知參數(shù)，必須有3個(gè)坐標(biāo)系中的公共點(diǎn)來(lái)進(jìn)行確定。需要注意的是，要是公共點(diǎn)超過(guò)兩個(gè)，那么就根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則計(jì)算。

2.坐標(biāo)解算

由上文可知，測(cè)量過(guò)程中，要是應(yīng)用2個(gè)起算點(diǎn)，3臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)組成同步環(huán)的前提條件下，因?yàn)樵缇痛_定了轉(zhuǎn)換參數(shù)，基線距離按m來(lái)加以約束，所以，無(wú)論應(yīng)用哪一種坐標(biāo)系，均不會(huì)干擾解算結(jié)果，以“南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件”錄入兩個(gè)已知點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)解算，獲得的未知點(diǎn)坐標(biāo)保持相符，與上文分析保持一致。

三、在礦區(qū)的應(yīng)用模式分析

(一)精度指標(biāo)的確定

國(guó)內(nèi)，GPS測(cè)量規(guī)范(1992年)主要把精度劃分成五級(jí)，A-E。通常情況下，A、B級(jí)往往為國(guó)家GPS控制網(wǎng)，而后三級(jí)主要是專門(mén)對(duì)局部性GPS網(wǎng)規(guī)定的。根據(jù)具體應(yīng)用中邊長(zhǎng)長(zhǎng)度以及測(cè)量精度要求，此處我們主要根據(jù)E級(jí)來(lái)組網(wǎng)，每次同步觀測(cè)時(shí)間彼此在四十分鐘以上，每一指標(biāo)根據(jù)E級(jí)要求進(jìn)行。

(二)基準(zhǔn)站的建立

測(cè)量過(guò)程中，必須設(shè)定不少于兩個(gè)已知點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)距離約束與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。GPS相對(duì)定位同步網(wǎng)間往往通過(guò)邊或點(diǎn)連接，如果有三臺(tái)接收機(jī)臺(tái)數(shù)，則選擇點(diǎn)連接。要是各次作業(yè)均需對(duì)兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，這樣就提高了難度，且導(dǎo)致測(cè)量效率明顯下降。

如圖1，我們?cè)诘販y(cè)樓樓頂埋設(shè)1個(gè)控制點(diǎn)DCL，將其當(dāng)做基準(zhǔn)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)位非常易于達(dá)到，同時(shí)當(dāng)GPS接收機(jī)架設(shè)以后無(wú)須安排人員進(jìn)行看管。對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)與兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行同步觀測(cè)，利用這種方式，計(jì)算獲得DCL的坐標(biāo)，然后利用全站儀根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行坐標(biāo)檢測(cè)，將DCL的坐標(biāo)確定下來(lái)。此處我們以三臺(tái)接收機(jī)為例，后續(xù)測(cè)量過(guò)程中則能夠從該基準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始，無(wú)須重新布設(shè)儀器到原來(lái)聯(lián)測(cè)該點(diǎn)的已知點(diǎn)上，解算過(guò)程中把原來(lái)觀測(cè)的已知點(diǎn)數(shù)據(jù)當(dāng)做一個(gè)同步觀測(cè)參來(lái)進(jìn)行就可以，既完成了距離約束與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，還能夠降低大量重復(fù)觀測(cè)，提高測(cè)量效率，使得安全性提高，操作更加容易。

圖1 GPS控制網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)

在基準(zhǔn)點(diǎn)上建立永久性基墩，在礦區(qū)中應(yīng)用動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)過(guò)程中，將基站布置在已知點(diǎn)上，能夠獲得三維坐標(biāo)，構(gòu)建起一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其控制點(diǎn)是永久基站，可以進(jìn)行野外單機(jī)作業(yè)，能夠在小區(qū)域中取得臨時(shí)C0RS基準(zhǔn)站應(yīng)用效果。

(三)幾何圖形的確定

按照各種測(cè)量用途，GPS網(wǎng)的獨(dú)立觀測(cè)邊都必須組成相應(yīng)的幾何圖形，具體來(lái)說(shuō)，包括三角形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)等。對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)如下:自檢能力相對(duì)較好，幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)，然而，其涉及到的觀測(cè)任務(wù)相對(duì)較重;而對(duì)于星形網(wǎng)，其主要特點(diǎn)如下:圖形不閉合、相對(duì)簡(jiǎn)單，因此，檢驗(yàn)?zāi)芰Σ粡?qiáng)，但其非常容易作業(yè)、任務(wù)量少;而對(duì)于后者，其處于前兩者之間。

礦區(qū)基本上測(cè)量工程放樣，往往使用混合網(wǎng)形結(jié)構(gòu)(星型和三角形網(wǎng)結(jié)合，具體見(jiàn)圖1)，也就是各次測(cè)量過(guò)程中布設(shè)控制點(diǎn)兩個(gè)，兩者彼此通視，一起和DCL構(gòu)成同步三角形，若干次布設(shè)以后，形成了網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)(發(fā)散型星型)，以DCL為中心?？梢杂行нm應(yīng)測(cè)量需要，其突出優(yōu)勢(shì)是便于操作，作業(yè)量少，并且能夠通過(guò)全站儀對(duì)發(fā)散點(diǎn)距離進(jìn)行檢測(cè)，有三角形網(wǎng)發(fā)現(xiàn)粗差和檢驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，非常實(shí)用。

四、誤差來(lái)源與應(yīng)對(duì)方法

誤差來(lái)源:GPS衛(wèi)星、信號(hào)傳播以及地面接收設(shè)備。

應(yīng)對(duì)方法:前兩種誤差不受操作措施影響，所以，只能夠利用某種方法來(lái)降低來(lái)自于傳播途徑的誤差，具體來(lái)說(shuō)，涉及到多路徑效應(yīng)、對(duì)流層與電離層折射等方面所致的誤差。

能夠通過(guò)同步觀測(cè)值來(lái)進(jìn)行求差，通過(guò)這種方式來(lái)降低上述兩種折射造成的干擾，這對(duì)短基線具有非常良好的效果，同時(shí)能夠使用電離層模型進(jìn)行改正，以降低電離層折射造成的干擾;在測(cè)站測(cè)定氣象參數(shù)，選擇對(duì)流層模型進(jìn)行改正，通常情況下，視場(chǎng)范圍中附近障礙物高度角在10b-15b以上，從而能夠降低對(duì)流層折射的干擾。

降低多路徑誤差的措施如下所示:科學(xué)確定站址，不應(yīng)當(dāng)將測(cè)站布設(shè)于盆地、山坡、山谷，必須遠(yuǎn)離高層建筑，同時(shí)，周圍需要避開(kāi)大范圍水域、對(duì)電磁波反射強(qiáng)烈的物體。并且還需要與高壓輸電線、大功率的無(wú)線電發(fā)射臺(tái)保持較遠(yuǎn)間距，且需要在200 米以上，防止附近磁場(chǎng)的影響。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文在測(cè)量過(guò)程中引入靜態(tài)GPS技術(shù)，取得非常良好的效果，既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，又降低了任務(wù)量，使得操作更加容易進(jìn)行，同時(shí)充分確保了精度要求。

［1］劉衛(wèi)軍，王寶山，張獻(xiàn)偉.GPS 在礦區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用［J］.河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，01：64-69.

［2］關(guān)曉剛.淺談GPS在地質(zhì)勘查礦區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2012，36：27.

［3］曾益山，劉強(qiáng).礦區(qū)地形控制測(cè)量中GPS的應(yīng)用解析［J］.江西建材，2015，23：223-224.