GPS與全站儀在礦山材料運輸軌道測量中的誤差與精度控制分析

賈文祥，王俊鋒

（黃河交通學(xué)院 交通工程學(xué)院，河南 焦作 454950)

在我國現(xiàn)階段，GPS測量技術(shù)憑借其自身測量精度高，無需通視以及全天可連續(xù)觀測等多種優(yōu)勢在我國礦山運輸軌道測量中得到了充分的應(yīng)用，同時全站儀憑借其操作簡便，方法可靠等優(yōu)點在運輸軌道測量中也得到了有效的利用。但這兩種測量方法在實際測量過程中均會產(chǎn)生不同程度的誤差，因此，要想有效減少測量誤差對運輸軌道工程測繪結(jié)果造成的影響，就要根據(jù)測量方法產(chǎn)生誤差的原因來制定有效的解決措施，以此來增強測量誤差與精度的控制，提升礦山材料運輸?shù)男省?/p>

1 GPS在礦山材料運輸軌道測量中的誤差與精度控制

1.1 影響GPS測量誤差的主要因素

1.1.1 衛(wèi)星星歷誤差

GPS在對礦山材料運輸軌道進行測量時，獲取準(zhǔn)確測量信息的關(guān)鍵就是衛(wèi)星星歷，而對于衛(wèi)星星歷來說，其來自于地面監(jiān)測站跟蹤GPS衛(wèi)星，因此監(jiān)測站在對其進行跟蹤的過程中就會產(chǎn)生不同程度上的誤差。

1.1.2 信號傳播誤差

（1）電離層折射影響。GPS衛(wèi)星信號在大氣電離層進行傳播的過程中會產(chǎn)生不同程度的延遲。一方面，GPS衛(wèi)星信號的傳播延遲程度與衛(wèi)星有著較為緊密的聯(lián)系，另一方面，GPS衛(wèi)星信號的傳播延遲程度與用戶接收機視線方向上的電子密度之間也有著十分緊密的聯(lián)系，因此就會引起測量誤差[1]。

（2）觀測誤差。GPS測量儀器是觀測與接受衛(wèi)星信號的主要載體，其中觀測誤差主要表現(xiàn)在兩個方面，一方面是GPS測量儀器硬件，另一方面是GPS測量儀器軟件的分辨率。除此之外，影響該觀測誤差的因素還包括接收天線的安裝精度[3]。例如，由于天線安裝高度而引起的整平誤差與測量誤差。為此，在對礦山材料運輸軌道進行測量的過程中要充分考慮天線的安置情況，確保接受天線在安置過程中能夠充分整平與對中。

（3）接收機時鐘誤差。在正常的情況下，GPS接收機內(nèi)時鐘都具備較高的穩(wěn)定性。但在其整體運行的過程中一旦出現(xiàn)任何異常情況就會降低其自身的穩(wěn)定度[2]。在這種情況下，如果GPS接收機內(nèi)時鐘可以達到1S，由其引發(fā)的等效距離誤差就會大于300m，并會造成嚴(yán)重的后果與較大的損失。

（4）接收機的位置誤差。在一般情況下，利用GPS對礦山運輸軌道進行測量的過程中，其實際觀測值都是由相關(guān)工作人員的精心計算而得出的，雖然其測量準(zhǔn)確度比較高，但其計算結(jié)果仍舊會受到衛(wèi)星信號接收過程的影響，例如，接受衛(wèi)星信號時衛(wèi)星信號的強度以及具體方向等，這些問題均會在一定程度上受到接收機位置的影響，最終造成一定的測量誤差。

（5）多路徑效應(yīng)的影響。在對礦山材料運輸軌道進行GPS測量期間，測站四周反射物反射回來的衛(wèi)星信號，也就是反射波，其不僅會二次進入接收機天線，同時也會在一定程度上對GPS衛(wèi)星信號造成直接的干擾，最終導(dǎo)致所測量值與實際值相偏離。

1.2 減少GPS測量誤差的控制措施

在GPS測量的過程中，由于礦山運輸軌道測量的距離相對較長，因此其測量點的位置分布具有較強的靈活性。在實際測量的過程中，控制點大部分會設(shè)置在地形較高且標(biāo)高較高的穩(wěn)定點上。在選擇控制點時，要確保其視角的開闊性。利用GPS對礦山運輸軌道進行測量，應(yīng)結(jié)合實地勘查情況來合理分布測點，并對用于礦山運輸軌道測量的整個GPS測量觀測網(wǎng)進行合理的規(guī)劃[4]。同時選擇精度較高的星歷以及恰當(dāng)?shù)钠鹚銛?shù)據(jù)，以此來減少測量誤差。GPS網(wǎng)中的A，B級控制點與高級GPS網(wǎng)控制點進行聯(lián)合測量也可以提高測量精度。

在幾何結(jié)構(gòu)方面，GPS觀測網(wǎng)主要是由一個后者多個獨立的觀測環(huán)組成的，同時也可以由附合線路形式來進行組建與構(gòu)成[5]。不同等級GPS觀測網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)有所不同，且均有不同的技術(shù)要求，具體要求見表1。

表1 GPS觀測網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

2 全站儀在礦山材料運輸軌道測量中的誤差與精度控制

全站儀是一種數(shù)字化與智能化水平較高的一種三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)。全站儀可以自動測距、自動測角、自動計算數(shù)據(jù)與處理數(shù)據(jù)，其在礦山材料運輸軌道測量過程中得到了廣泛的應(yīng)用。全站儀主要是通過相位法測距來提高運輸軌道測量精度的，其技術(shù)具有較高的優(yōu)越性。但系統(tǒng)誤差會對測量精度造成較為直接的影響[6]。全站儀使用過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差主要包括儀器的加常數(shù)誤差、測量周期誤差以及乘常數(shù)誤差。

為了提高全站儀測量精度應(yīng)做到如下幾個方面。

（1）在對礦山材料運輸軌道進行測量時，首先要求相關(guān)工作人員要對測量現(xiàn)場的環(huán)境進行充分的考慮，準(zhǔn)確的測量出其實際的大氣壓力與溫度，并將測量出的數(shù)據(jù)完整的輸入到全站儀中，以此來有效避免儀器由于因乘常數(shù)而造成的誤差。

（2）在實際測量的過程中，要盡量選擇常數(shù)相同的凌鏡，以此來大大減少全站儀因加常數(shù)造成的誤差，同時要確保儀器的對中點在全站儀架設(shè)過程中能夠充分對中。

例如，在對某礦山材料運輸軌道進行測量的過程中，要分別對基點4、基點7和9-4#點采用天宇CTS-662系列彩屏觸摸全站儀進行測量（儀器型號CTS-662R4，類型3.5英寸，320×240點陣高清高亮觸摸彩屏，精度：有棱鏡：±（2+2×10-6·D）mm，如圖1），同時要用三棱鏡作為反射棱鏡，與單反射棱鏡相比，三棱鏡可以有效提高礦山材料運輸軌道的測量精度，三棱鏡和強制對中器如圖2所示。通過測量數(shù)據(jù)可知，全站儀三角控制測量的精度較高，可以充分滿足該礦山地表巖層移動測量的精度要求。

3 GPS測量在礦山運輸軌道中的應(yīng)用

由于礦區(qū)位于崇山峻嶺之間，道路較為崎嶇，地形復(fù)雜，在地面控制測量中的傳統(tǒng)方式很難展開，為了確保礦山開采可以順利進行，決定采用GPS作為礦山地質(zhì)表面控制，將GPS設(shè)為三個點，即GPS1、GPS2、GPS3，將此設(shè)為原有地面一極導(dǎo)線點，并經(jīng)過計算分析，該控制網(wǎng)精度較高，為后期礦山運輸軌道暢通打下堅實基礎(chǔ)。

圖1 強制對中器和三反射棱鏡

圖2 天宇CTS-662系列彩屏觸摸全站儀

4 結(jié)語

總之，在我國市場經(jīng)濟持續(xù)活躍，科學(xué)技術(shù)不斷革新的大背景下，為了進一步滿足我國當(dāng)前礦山材料運輸?shù)男枨?，促進工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，首先就要提高礦山材料運輸軌道測量的準(zhǔn)確性，加大GPS技術(shù)與全站儀的研究力度，充分發(fā)揮其在運輸軌道測量中的優(yōu)勢，并通過對現(xiàn)場測量環(huán)境因素的分析來選擇合理的測量方法，以此來提升礦山材料運輸軌道測量的準(zhǔn)確性，并進一步加大對測量誤差與精度的控制，從而間接的促進我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。