GPS高程擬合在露天礦山測量中的應(yīng)用分析

楊志剛

（中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

露天礦山開發(fā)是促進(jìn)國家建設(shè)和社會發(fā)展的重要工程，在進(jìn)行礦山相關(guān)開采和施工之前需要先進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，以此來對礦區(qū)的基本情況和礦物質(zhì)進(jìn)行必要的定位。而隨著近幾年來國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及科學(xué)技術(shù)水平的提高，GPS技術(shù)在露天礦山的測量工作中獲得了很廣闊的發(fā)展空間，而露天礦山的采剝精度也因此得到了很大程度的提高[1]。所以，GPS高程擬合技術(shù)對于露天礦山測量而言意義重大，只有熟練掌握和應(yīng)用該技術(shù)才能夠有效的提高我國礦山開采的效率和質(zhì)量，這值得相關(guān)技術(shù)人員和研究人員的重視。

1 高程擬合測量原理

GPS高程擬合系統(tǒng)的測量工作原理，是通過RTK技術(shù)對目前露天礦山內(nèi)的已知位置和相對位置進(jìn)行精確對比與校正，這樣就可以將相對校正點(diǎn)的大地坐標(biāo)作為測量系統(tǒng)的基準(zhǔn)，對露天礦上內(nèi)部的垂直和水平坐標(biāo)進(jìn)行精確定位。此外，通過實(shí)際測量數(shù)據(jù)顯示我們可以看出地勢和測量環(huán)境對高程擬合測量結(jié)果的精確程度也有一定影響，通常情況下在地勢比較平坦的地區(qū)坐標(biāo)定位的精確度都比較高，而地勢和地形比較復(fù)雜的地區(qū)則會影響到定位測量的水平和垂直精度?？傮w來說。高程擬合定位系統(tǒng)極大的提高了露天礦山的測量精度，可以達(dá)到平面內(nèi)任意點(diǎn)的測量精確到2cm以內(nèi)，這種精確度使得實(shí)際測量工作中由于環(huán)境干擾和儀器自身精密度所造成的誤差有所降低。

2 大地高與正常高的測量

在我國的露天礦山實(shí)際測量工作中，通常都將正常高作為法定的大地測量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，而對于不同類別的水準(zhǔn)點(diǎn)，通常測量工作人員也會采取不同的測量手段來滿足不同的測量精度要求。例如對于國家一二類水準(zhǔn)點(diǎn)的測量，采用水準(zhǔn)線上的重力測量或者直接采用水準(zhǔn)測量的方式就都可以滿足精度要求。而在測量條件一定的情況下，想要實(shí)現(xiàn)低等級水準(zhǔn)點(diǎn)和高等級水準(zhǔn)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換，便可以通過對高等級水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測來間接完成對低等級水準(zhǔn)點(diǎn)的高程測量。此外，地面水準(zhǔn)點(diǎn)的測量也是露天礦山測量工作的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，這項(xiàng)測量工作影響著后期礦山開采的工作效率和開采范圍的劃定。通常情況下，地面水準(zhǔn)點(diǎn)的測量都是通過借助鉛垂線，以鉛垂線向下截取正常高點(diǎn)來得到地面水準(zhǔn)點(diǎn)的測量標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。通過這種方式，測量出多組地面水準(zhǔn)點(diǎn)，再將這些地面水準(zhǔn)點(diǎn)連接成連續(xù)曲面，而這個(gè)曲面就叫做大地測量基準(zhǔn)面。因此，測量值的正常高就相當(dāng)于大地測量的基準(zhǔn)點(diǎn)到大地基準(zhǔn)面直接沿著鉛垂線的垂直距離，之所以采取這種方式進(jìn)行正常高的測量，主要在于不同地區(qū)內(nèi)似大地水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面之間的差距通常都非常小，普通的平原地區(qū)差距在幾厘米左右，適用于我國國土領(lǐng)域內(nèi)的大部分地區(qū)。而由于地區(qū)和海拔的影響，在高原地區(qū)大地水準(zhǔn)面和大地水準(zhǔn)面之間的精確度差距最大值可以超過三米以上。同時(shí)對于一些異常高程控制點(diǎn)的布置，應(yīng)以國家規(guī)定的法定正常高系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換原則作為參考標(biāo)準(zhǔn)，除了進(jìn)行水準(zhǔn)測量和標(biāo)準(zhǔn)的重力測量之外，工作人員還應(yīng)該充分考慮到實(shí)際測量距離與地圖標(biāo)注距離的關(guān)系，一般情況下實(shí)際距離與地圖標(biāo)出的比例設(shè)定為50000：1，而其他一些水準(zhǔn)測量則是按照數(shù)字高程圖來確定的。最后，在露天礦山正常高和大地高的測量工作中還需要對相關(guān)的水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，通常在數(shù)據(jù)擬合的過程中需要用到多種高等數(shù)學(xué)知識，例如成交函數(shù)和二次曲面等。而除了大地水準(zhǔn)測量和靜態(tài)測量可以采取二次曲面法或者簡單的二次擬合方法之外，對于一些地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜的礦山地區(qū)，在進(jìn)行水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)擬合時(shí)可能會用到一些復(fù)雜的函數(shù)和計(jì)算方法，因此研究人員根據(jù)大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)制定了二次曲面模型基準(zhǔn)點(diǎn)測試的標(biāo)準(zhǔn)。目前常用的標(biāo)準(zhǔn)是使用二次曲面模型最少需要6個(gè)控制點(diǎn)，而最小二乘法原理的選擇標(biāo)準(zhǔn)則是要滿足控制點(diǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于6個(gè)，只有根據(jù)實(shí)際的工作情況合理選擇數(shù)據(jù)擬合方法才能夠更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)擬合的最佳效果。

3 礦區(qū)GPS高程擬合模型

實(shí)際上高程測量體系以及高程擬合模型的建立需要大量的人力和物力資源支持才能夠完成，而一般情況下，普通礦區(qū)的高程測量水準(zhǔn)點(diǎn)的選取大多是以國家制定水準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)，以聯(lián)測的方式獲得相應(yīng)的三級或者四級水準(zhǔn)點(diǎn)。在構(gòu)建高程時(shí)企業(yè)不僅僅要測得相應(yīng)的水準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)還要以此為基礎(chǔ)將各水準(zhǔn)點(diǎn)連接成水準(zhǔn)網(wǎng)，這樣才能夠得到一個(gè)具有獨(dú)立性的高程測量系統(tǒng)，保障礦區(qū)測量工作的順利開展。因此，對于一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較弱的企業(yè)而言，籌集建設(shè)高程系統(tǒng)所需要的巨大資源成本并不是一件很容易完成的事情，只有一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚的企業(yè)才能夠真正實(shí)現(xiàn)高程測量和擬合系統(tǒng)的構(gòu)建以及完善。但是對于露天礦上而言高程測量又具有極其重要的作用，為了保障礦山開發(fā)工作的正常進(jìn)展，同時(shí)還需要兼顧到企業(yè)在施工過程中的經(jīng)濟(jì)效益，因此很多企業(yè)選擇了用均勻布點(diǎn)來近似構(gòu)建大地水準(zhǔn)的方式實(shí)現(xiàn)對露天礦山測量工作的技術(shù)支持。在選點(diǎn)的過程中為了確保測量點(diǎn)選擇的均勻性，相關(guān)工作人員需要充分考慮到地勢變化因素對于測量結(jié)果精確度的影響，同時(shí)要在數(shù)據(jù)擬合之前選擇一個(gè)科學(xué)合理的擬合模型，提高測量數(shù)據(jù)處理的可信度。

（1）大地基準(zhǔn)面擬合方案設(shè)計(jì)。對于露天礦區(qū)的大地基準(zhǔn)面測定，工作人員應(yīng)該注重對礦區(qū)高程的整體把握，可以通過在礦區(qū)的外圍合適地點(diǎn)選擇四個(gè)高程控制點(diǎn)來提高高程系統(tǒng)的整體性。同時(shí)，通過改變高程控制點(diǎn)的數(shù)量可以進(jìn)一步滿足不同礦區(qū)的測量精確度要求，一般在露天礦山的中心區(qū)域高程控制點(diǎn)的數(shù)量選取不應(yīng)該少于十個(gè)。此外，GPS技術(shù)在露天礦山測量工作中的應(yīng)用也非常重要，工作人員在測量礦區(qū)靜態(tài)網(wǎng)時(shí)會采用GPS機(jī)進(jìn)行同步的觀測和水準(zhǔn)點(diǎn)的校正。在使用GPS機(jī)時(shí)一方面要關(guān)注儀器運(yùn)行的穩(wěn)定性，另一方面還要充分發(fā)揮出高程測量的協(xié)同作用，通過測量水準(zhǔn)點(diǎn)與原水準(zhǔn)點(diǎn)之間的聯(lián)測來提高數(shù)據(jù)擬合的精度。

（2）外符精度。露天礦山高程測量工作中外符精度的測量主要用于驗(yàn)證擬合模型的精度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，其工作形式一般采取RTK模擬計(jì)算的方式結(jié)合礦區(qū)高程測量數(shù)據(jù)結(jié)果的擬合參數(shù)，檢測并剔除一部分異常數(shù)據(jù)值，確保露天礦山高程系統(tǒng)的精確性和數(shù)據(jù)真實(shí)性。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)方案有效的提高了高程擬合控制點(diǎn)的均勻性，因此企業(yè)在采取這種設(shè)計(jì)方案時(shí)能夠構(gòu)建起控制點(diǎn)和檢測點(diǎn)分布更加均勻的高程系統(tǒng)，有助于更顯著的提高金屬露天礦山測量與開采的工作效率，使我國的礦山測量達(dá)到更好的水平。

4 結(jié)束語

綜上所述，露天礦山的采剝測量工作對于我國礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展而言意義重大，而以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)的高程測量與擬合體系的建立，更是值得各礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)重視的重點(diǎn)工作內(nèi)容。企業(yè)在構(gòu)建高程系統(tǒng)時(shí)既要保障測量和擬合的精度，同時(shí)也要全面考慮到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，使GPS高程擬合能夠更好的契合我國露天礦山采剝的發(fā)展。