礦山控制測(cè)量和地形圖測(cè)繪技術(shù)

張 杰

（吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局六0二隊(duì)，吉林 白山 134300）

在礦山開采時(shí)，礦山控制測(cè)量技術(shù)和地形圖測(cè)繪技術(shù)是非常重要的，技術(shù)要求也越來越高，而GPS技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于礦山測(cè)量中，應(yīng)用效果較好，逐漸被大眾認(rèn)可。

1 礦山控制測(cè)量

礦山控制測(cè)量是根據(jù)礦山的礦區(qū)范圍，實(shí)際的地形地貌，交通位置，以及附近收集到的已有國家高等級(jí)控制點(diǎn)的位置，在礦區(qū)內(nèi)外布設(shè)控制點(diǎn)，使這些點(diǎn)連成控制網(wǎng)并覆蓋全礦區(qū)。由于礦區(qū)處在深山中，傳統(tǒng)的測(cè)角量邊的方法受地形、通視等諸多因素限制，工作效率低下，精度不均勻。因此，礦山控制測(cè)量我們一般選擇GPS測(cè)量的方法來做礦區(qū)的首級(jí)控制，GPS網(wǎng)可以滿足傳統(tǒng)的需求，如測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等等，而且，在測(cè)量時(shí)不需要點(diǎn)間通視，兩個(gè)點(diǎn)即使視線阻隔也不會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響。另外，GPS控制測(cè)量對(duì)圖形強(qiáng)度要求不高，也不需要設(shè)置在制高點(diǎn)上。所以，GPS網(wǎng)測(cè)量起來很方便，比傳統(tǒng)方式更加靈活，在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇合適的位置安放GPS即可進(jìn)行測(cè)量[1]。后期根據(jù)實(shí)際工作需要，可通過傳統(tǒng)的三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、GPS測(cè)量等方法進(jìn)行加密。

2 礦山地形圖測(cè)繪

地形圖測(cè)繪是根據(jù)礦山測(cè)量的控制點(diǎn)，按照一定的比例，使用相關(guān)的符號(hào)把地形地貌繪制在圖紙上的過程。

2.1 數(shù)字化成圖技術(shù)

目前，在大比例尺的地形圖數(shù)據(jù)測(cè)繪工作中普遍會(huì)應(yīng)用數(shù)字化成圖技術(shù)。

對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)繪工作而言，大比例尺地形圖的測(cè)繪具有較高難度，也是礦山地形圖測(cè)繪的重點(diǎn)，若是不借助數(shù)字化技術(shù)，則在處理大量的測(cè)繪數(shù)據(jù)以及計(jì)算整理信息的工作量十分龐大，不僅會(huì)延長(zhǎng)成圖時(shí)間，而且最后制圖效果也不會(huì)很高，是無法滿足礦山測(cè)繪在精度方面的需求的。而應(yīng)用數(shù)字化成圖技術(shù)，則能充分彌補(bǔ)傳統(tǒng)工作中的缺陷，且具有顯著的優(yōu)勢(shì)，例如測(cè)繪結(jié)果精準(zhǔn)度高、操作簡(jiǎn)便易學(xué)、測(cè)得的數(shù)據(jù)能夠立即發(fā)布等等。該技術(shù)的應(yīng)用主要涵蓋兩大方面，其一是內(nèi)外業(yè)一體化模式，即使用測(cè)繪儀器設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)外數(shù)據(jù)的收集；其二是電子平板模式?？偟膩碚f，在礦山地形圖測(cè)繪中應(yīng)用數(shù)字化成圖技術(shù)，不僅能夠大幅減少測(cè)繪工作時(shí)間，還能有效避免人工測(cè)繪的誤差，使得測(cè)繪難度得以降低。

2.2 資料的收集和準(zhǔn)備

收集測(cè)區(qū)的相關(guān)資料，包括附近已有的地形圖和一些高程控制點(diǎn)，并且要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核實(shí)，根據(jù)測(cè)區(qū)的情況收集相關(guān)的測(cè)量規(guī)范和需要用到的圖式符號(hào)，準(zhǔn)備好需要的測(cè)量?jī)x器并校準(zhǔn)完畢[2]。

3 案例分析

3.1 控制測(cè)量

3.1.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)選擇在吉林省白山市長(zhǎng)白縣虎洞溝一帶，為中低山地形，海拔650m～850m，相對(duì)高差20m～180m，東西較低而中間高，坡度較陡，地形困難類別屬于Ⅲ類，面積大約1.3km2。

3.1.2 已有資料利用情況

礦區(qū)附近有三個(gè)國家等級(jí)三角點(diǎn)，其中二等點(diǎn)2個(gè)，三等點(diǎn)1個(gè)，經(jīng)過實(shí)地踏勘，國家點(diǎn)保存完好，可以利用。

3.1.3 采用的坐標(biāo)、高程及布網(wǎng)方式及等級(jí)

坐標(biāo)系采用CGCS2000坐標(biāo)系，高程采用1985年國家高程系統(tǒng)，中央子午線126度。

礦區(qū)內(nèi)布設(shè)3個(gè)均勻分布的GPS控制點(diǎn)，與已知的3個(gè)控制點(diǎn)構(gòu)成能夠覆蓋全測(cè)區(qū)的D級(jí)控制網(wǎng)作為首級(jí)控制，控制網(wǎng)采用邊聯(lián)接形式，平均邊長(zhǎng)3Km，每時(shí)段觀測(cè)時(shí)間90分鐘。再布設(shè)4對(duì)可通視的控制點(diǎn)組成E級(jí)控制網(wǎng)作為加密控制，平均邊長(zhǎng)1Km，每時(shí)段觀測(cè)時(shí)間60分鐘。本次測(cè)量采用的儀器為瑞德R98T型號(hào)GPS三星接收機(jī)，數(shù)量3臺(tái)。

3.1.4 精度分析

GPS網(wǎng)的精度指標(biāo)用σ來表示，是網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間距離的誤差，D、E級(jí)GPS網(wǎng)精度指標(biāo)見表1。

表1 GPS網(wǎng)精度指標(biāo)

誤差σ計(jì)算式如下：

式中：

σ-網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離中誤差（mm）；

a-固定誤差（mm）；

b-比例誤差（ppm）；

D-相鄰點(diǎn)間的距離（km）。

R98T接收機(jī)平面固定誤差a=2.5mm、高程固定誤差a=5mm、b=1ppm。E級(jí)控制網(wǎng)平均邊長(zhǎng)1km，且大多相鄰控制點(diǎn)間距都在1km上下，故可算得相鄰點(diǎn)間距離中誤差水平分量σ=2.5mm、水平分量σ=5mm，達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求；E級(jí)GPS控制網(wǎng)基線最弱邊相對(duì)中誤差1/165535，符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.1.5 結(jié)論

本次控制測(cè)量網(wǎng)中數(shù)據(jù)相對(duì)精準(zhǔn)，圖形強(qiáng)度大，成果相對(duì)可靠。因?yàn)闆]有收集到礦區(qū)周邊國家水準(zhǔn)點(diǎn)的成果，所以暫時(shí)采用GPS擬合搞成繼續(xù)后續(xù)步驟[3]。

3.2 地形圖測(cè)繪

作業(yè)方法、質(zhì)量和有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。

（1）圖根控制測(cè)量

圖根控制點(diǎn)使用E級(jí)GPS控制點(diǎn)，野外埋設(shè)鋼筋水泥樁，并刻十字作為標(biāo)石中心。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在地形陡峭、森林覆蓋嚴(yán)重、GPS信號(hào)不穩(wěn)的區(qū)域可使用全站儀布設(shè)二級(jí)導(dǎo)線作為圖根控制點(diǎn)對(duì)測(cè)區(qū)控制點(diǎn)進(jìn)行加密。

（2）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量測(cè)圖

礦區(qū)植被茂盛，因此需要等待秋季落葉后使用儀器R98T采用網(wǎng)絡(luò)RTK模式進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，同時(shí)使用全站儀對(duì)RTK信號(hào)差或精度達(dá)不到的地方進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)采集時(shí)主要以地貌特征點(diǎn)和主要地物點(diǎn)為主。地貌特征點(diǎn)主要指山脊、山頂、陡崖以及特殊點(diǎn)，地物點(diǎn)主要指房屋、道路、河流、電力線、散墳等，采集特征點(diǎn)和地物點(diǎn)時(shí)，繪制好野外草圖。一般地形點(diǎn)點(diǎn)間距約30m，地形變化明顯處需要加點(diǎn)測(cè)量。

（3）采用的成圖軟件及內(nèi)業(yè)成圖

成圖所使用的軟件是南方公司開發(fā)的CASS2008。首先將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，然后將RTK和全站儀所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，參照草圖進(jìn)行連圖，生成等高線，最后對(duì)等高線進(jìn)行修改，完成對(duì)圖幅的修飾。

（4）質(zhì)量檢查及測(cè)圖精度分析

地形圖完成后，需要帶紙質(zhì)地形圖到實(shí)地進(jìn)行地形比對(duì)，同時(shí)需要對(duì)部分區(qū)域進(jìn)行實(shí)地測(cè)量檢查，一般檢查點(diǎn)不少于3%。

表2 地形圖檢查數(shù)學(xué)精度統(tǒng)計(jì)表

1:2000地形圖上相鄰圖根點(diǎn)間的誤差應(yīng)該小于下表范圍

表3 圖上地物點(diǎn)、高程注記點(diǎn)中誤差限差表

由表2可知，實(shí)測(cè)碎部點(diǎn)平面位置限差1.6m，高程限差1.33m。RTK在距測(cè)站3km內(nèi)，初始化后固定狀態(tài)下收斂值≤5cm，通過檢查可知，地形圖外業(yè)施測(cè)和內(nèi)業(yè)成圖均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

礦山控制測(cè)量和地形圖的繪制時(shí)礦山開采前的必要工作，對(duì)后續(xù)礦區(qū)開采能否順利進(jìn)行有非常重要的作用，需要不斷提高相關(guān)技術(shù)，提高測(cè)量精度和可靠性，為后續(xù)工作提供方便。而GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在礦山測(cè)量中，可以極大地提高工作效率，跟傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比也獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如提高精度，減少人力勞動(dòng)等等。所以需要不斷加強(qiáng)對(duì)GPS技術(shù)應(yīng)用在礦區(qū)測(cè)量中的研究，不斷完善相關(guān)技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。