GNSS靜態(tài)測量在采礦權(quán)勘測定界中的應(yīng)用

李義先

（安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院， 安徽合肥 230022）

0 引言

為維護(hù)礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序，充分利用礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查成果，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)采礦權(quán)人日?？辈殚_采行為的監(jiān)督管理，根據(jù)《礦產(chǎn)資源開采登記管理辦法》（國務(wù)院令第241號(hào)）第八條規(guī)定和《國土資源部關(guān)于建全完善礦產(chǎn)勘查開采監(jiān)督管理和執(zhí)法監(jiān)察長效機(jī)制的通知》（國土資發(fā)[2009]148號(hào)）要求，安徽省國土資源廳決定對(duì)全省行政區(qū)域內(nèi)部、省兩級(jí)發(fā)證的采礦權(quán)進(jìn)行勘測定界工作[8]，實(shí)行采礦權(quán)精細(xì)化管理。采礦權(quán)勘測定界工作主要任務(wù)是查明礦山的采礦權(quán)開采范圍是否與發(fā)證機(jī)關(guān)登記的一致[3]。GNSS靜態(tài)測量是采礦權(quán)勘測定界主要任務(wù)之一。

1 采礦區(qū)GNSS靜態(tài)測量控制網(wǎng)布設(shè)形式

GNSS靜態(tài)測量高精度控制網(wǎng)的建立是利用多臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，每進(jìn)行一個(gè)時(shí)段的同步觀測，同步基線就組成若干個(gè)三角形同步環(huán)，通過若干個(gè)同步環(huán)的觀測完成控制網(wǎng)中全部點(diǎn)的測量，由這些同步觀測構(gòu)成GNSS控制網(wǎng)。GNSS控制網(wǎng)精度的高低主要取決于同步環(huán)觀測精度。同步環(huán)的觀測時(shí)間、同步觀測有效衛(wèi)星數(shù)、有效觀測衛(wèi)星總數(shù)、觀測時(shí)段數(shù)以及觀測時(shí)段長度都要符合相應(yīng)等級(jí)控制點(diǎn)測量的規(guī)范要求。這種觀測方式以擴(kuò)展速度快，圖形強(qiáng)度較高，觀測精度好，作業(yè)方法簡單等優(yōu)點(diǎn)，成為最常用的布網(wǎng)形式。對(duì)于多個(gè)采礦連成一片的大面積礦區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)一般采用這種方法布設(shè)GNSS控制網(wǎng)。

在采礦權(quán)勘測定界工作中，GNSS控制網(wǎng)的布設(shè)是根據(jù)礦權(quán)的實(shí)際分布情況來決定布網(wǎng)方案的。在實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)遇到采礦權(quán)范圍比較小，而且分布較為零散。為了滿足采礦權(quán)勘測定界常規(guī)測量的需要，一般只需在一個(gè)礦區(qū)布設(shè)幾個(gè)控制點(diǎn)，且控制點(diǎn)之間要有通視方向，控制點(diǎn)的密度以滿足地形圖測繪和礦區(qū)界址點(diǎn)測量的需要。這時(shí)候GNSS控制網(wǎng)布網(wǎng)方式通常采用多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式法。多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式布點(diǎn)形式由3臺(tái)或3臺(tái)以上接收機(jī)在高等級(jí)控制點(diǎn)上進(jìn)行長時(shí)間的連續(xù)觀測，而另外一些接收機(jī)在新埋設(shè)的控制點(diǎn)上流動(dòng)觀測，而這些流動(dòng)站點(diǎn)與高級(jí)點(diǎn)構(gòu)成觀測網(wǎng)組成同步觀測環(huán)。各流動(dòng)站是獨(dú)立作業(yè)，這種方式稱為點(diǎn)模式。各流動(dòng)站之間也可同步觀測，這種觀測方式稱為網(wǎng)模式。網(wǎng)模式類似于網(wǎng)連式同步觀測。

多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式法布設(shè)的GNSS控制網(wǎng)以圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)、同步觀測計(jì)劃簡單、遷站靈活、高效省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)而被生產(chǎn)單位常用。

多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式布網(wǎng)由于各基準(zhǔn)站間觀測時(shí)間較長，基線向量觀測可靠性高、精度好，這些基線構(gòu)成的基準(zhǔn)網(wǎng)成為整個(gè)GNSS網(wǎng)的骨架。多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式觀測時(shí),流動(dòng)站與基準(zhǔn)網(wǎng)組成一個(gè)同步環(huán)，點(diǎn)在基準(zhǔn)站構(gòu)成的多邊形上內(nèi)插或外延構(gòu)成一個(gè)大地多邊。其特點(diǎn)如下：

（1）多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式構(gòu)成的同步圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)，可靠性高、精度高、點(diǎn)位誤差不傳遞、不積累。

（2）若流動(dòng)站采用同步觀測模式，則除了同步觀測的流動(dòng)站間存在基線向量外，流動(dòng)站和各基準(zhǔn)站間也存在基線向量，這樣可獲得更強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)。

（3）施測靈活，各流動(dòng)站根據(jù)觀測站點(diǎn)等級(jí)，站點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，按照規(guī)范要求來確定觀測時(shí)間長度和時(shí)段數(shù)。確定觀測采用的方法。

2 應(yīng)用舉例

以某礦區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)為例，介紹GNSS控制網(wǎng)的以邊連式常規(guī)布設(shè)方法和多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式布設(shè)控制點(diǎn)的方法，并把重合點(diǎn)坐標(biāo)成果進(jìn)行比較。測區(qū)位于安徽省西部，屬丘陵地區(qū)。13個(gè)礦區(qū)連成一片，礦區(qū)實(shí)際面積大約160km2。

2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1.1 邊連式常規(guī)方式布網(wǎng)

首級(jí)控制網(wǎng)以國家3個(gè)C級(jí)控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，觀測采用邊連式進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)，總共布設(shè)16個(gè)D級(jí)控制點(diǎn)，由11個(gè)大地四邊形組成。由4臺(tái)天寶5800II接收機(jī)同步觀測，接收機(jī)標(biāo)稱精度為（3+1ppm）。觀測時(shí)段長大于60分鐘。重復(fù)觀測時(shí)段數(shù)大于1.6，同步觀測有效衛(wèi)星數(shù)大于5[1]。

2.1.2 多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式布網(wǎng)

為便于常規(guī)測量施測礦業(yè)權(quán)界址點(diǎn)工作的需要，在每個(gè)采礦權(quán)范圍內(nèi)布設(shè)若干個(gè)E級(jí)精度的控制點(diǎn)，要求E級(jí)點(diǎn)至少有一個(gè)通視方向。布設(shè)E級(jí)點(diǎn)是采用多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式的方法。在采礦權(quán)范圍外選3個(gè)C級(jí)點(diǎn)架設(shè)接收機(jī)長時(shí)間觀測，流動(dòng)站點(diǎn)分別對(duì)其它的E級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，并觀測部分D級(jí)點(diǎn)進(jìn)行檢測。觀測時(shí)段長度不低于60min。

GNSS觀測主要根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》簡稱《GPS規(guī)范》GB/T18314-2009執(zhí)行，觀測質(zhì)量良好。

2.2 數(shù)據(jù)處理

基線解算采用天寶商用軟件Trimble Business Center進(jìn)行，用雙差固定解作為基線解算最終結(jié)果[10]。在處理D級(jí)GNSS控制網(wǎng)時(shí)對(duì)一些不合格的基線，采用改變基準(zhǔn)衛(wèi)星，刪除產(chǎn)生周跳及信號(hào)受影響大的數(shù)據(jù)，對(duì)不合格的基線進(jìn)行獨(dú)立處理。處理后基線水平分量最大誤差9mm。垂直分量最大誤差10mm。復(fù)測基線最大較差8mm。在處理E級(jí)GNSS控制網(wǎng)時(shí)，對(duì)多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式觀測數(shù)據(jù)逐點(diǎn)獨(dú)立解算。同步環(huán)、無約束平差、約束平差、點(diǎn)位中誤差和最弱邊長相對(duì)中誤差均符合規(guī)范要求，成果精度優(yōu)良。

2.3 精度分析

D級(jí)GNSS控制網(wǎng)三邊形同步環(huán)相對(duì)閉合差最大3.892ppm，各坐標(biāo)分量閉合差分別為：ΔX=0.014m，ΔY=-0.028m，ΔZ=-0.023m，Δ3D=0.038m。異步環(huán)相對(duì)閉合差最大7.020ppm，各坐標(biāo)分量閉合差分別為：ΔX=0.027m，ΔY=-0.032m，ΔZ=-0.047m，Δ3D=0.063m。最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為2.8cm。最弱邊長相對(duì)中誤差為1/78000。

E級(jí)控制點(diǎn)最弱點(diǎn)位中誤差為3.4cm。最弱邊長相對(duì)中誤差為1/65000(表1)。

用邊連式方法觀測的點(diǎn)與用多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模

表1 常規(guī)和多基準(zhǔn)站布網(wǎng)法施測重合點(diǎn)坐標(biāo)差值比較Table 1 Comparison of coordinate difference of coincident points measured by conventional and multi-reference station network methods

式觀測的重合點(diǎn)坐標(biāo)值較差最大值：ΔX=0.022m，ΔY=-0.019m，ΔS=0.029m。從以上數(shù)據(jù)可以看出，多基準(zhǔn)站點(diǎn)模式布網(wǎng)施測的點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)學(xué)精度達(dá)到常規(guī)布網(wǎng)法施測點(diǎn)位坐標(biāo)精度。滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3 結(jié)論

在采礦權(quán)勘測定界工作中，GNSS控制網(wǎng)布設(shè)可采用邊連式靜態(tài)相對(duì)定位模式和多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式，邊連式靜態(tài)相對(duì)定位模式能構(gòu)成多個(gè)閉合的基線圖形，有利于外業(yè)成果的檢核，精度高。但觀測布網(wǎng)比較復(fù)雜，作業(yè)速度慢。多基準(zhǔn)站點(diǎn)測量方法，在多個(gè)已知點(diǎn)（至少3個(gè)）架設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，在觀測點(diǎn)上進(jìn)行靜態(tài)測量，既有高精度的觀測閉合基線，又不需要考慮復(fù)雜的布網(wǎng)和重復(fù)觀測，減少了觀測時(shí)間，提高了觀測速度，又保證了觀測精度。但多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式是單個(gè)流動(dòng)站獨(dú)立作業(yè)，和基準(zhǔn)站構(gòu)成的多邊形無復(fù)測基線的檢核，無異步環(huán)閉合差的檢核，點(diǎn)位設(shè)置必須準(zhǔn)確無誤。通常在礦區(qū)范圍較大的情況下，采用邊連式靜態(tài)相對(duì)定位方法布設(shè)礦區(qū)GNSS靜態(tài)測量控制網(wǎng)。礦區(qū)范圍較小，而且較分散時(shí)，通常采用多基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測模式布設(shè)GNSS靜態(tài)測量控制網(wǎng)。