GPS技術在新疆賽爾七礦控制測量中的應用＊

王宗翔，李晴晴，王小平

（江蘇省礦業工程集團有限公司地質勘探工程處，江蘇 徐州221131）

0 引 言

新疆賽爾七礦位于和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮東10km處，距和布克賽爾蒙古自治縣城50km，行政區隸屬和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮管轄，測區東西長約8km，南北寬約4～12.2km，面積約37km2.其中心地理坐標為：東經86°04′；北緯46°30′.測區屬典型大陸性氣候，年平均氣溫4.4～6.8°C.測區內交通較方便。為滿足煤田地質勘查工作需要，在勘查區內進行了控制測量。

1 控制測量

1.1 作業依據和已有測量成果

1）作業依據。作業依據《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB／T－18314－2009）［1］、《地質礦產勘探測量規范》（GB／T18341－2001）［2］。

2）已有測量成果。勘查區附近有II等國家等級點1個黃羊梁子（2604），Ⅲ等國家等級點1個和什托洛蓋，Ⅳ等國家等級點1個83 420，其中黃羊梁子（2604）、83 420為Ⅳ等水準高程，平面、高程精度良好。測量成果平面為1980年西安坐標系統，高程為1985年國家高程基準。六度分帶，帶號15，中央子午線87°.經實地踏勘，以上國家等級點中心標石完好。

1.2 網的圖形設計

網的圖形設計，雖然主要決定于用戶的要求，但是有關經費、時間和人力的消耗以及所需接收設備的類型、數量和后勤保障條件等，也都與網的圖形設計有關。對此應當充分加以重視，以期在滿足用戶要求的條件下，盡量減少成本。

1.2.1 設計的一般原則

1）GPS網一般應采用獨立觀測邊構成閉合圖形，例如三角形、多邊形或附和線路，以增加檢核條件，提高網的可靠性。

2）GPS網作為測量控制網，其相鄰點間基線向量的精度，應分布均勻。

3）GPS網點應盡量與原有地面控制網點相重合。重合點一般不應少于3個（不足時應聯測），且在網中應分布均勻，以利于可靠地確定GPS網與地面網之間的轉換參數。

4）GPS網點應考慮與水準點相重合，而非重合點，一般應根據要求以水準測量方法（或相當精度的方法）進行聯測，或在網中布設一定密度的水準聯測點。

5）為了便于GPS的測量觀測和水準聯測，GPS網點一般應設在視野開闊和交通便利的地方。

1.2.2 基本圖形的選擇

根據GPS測量的不同用途，GPS網的獨立觀測邊，應構成一定的幾何圖形。圖形的基本形式如下：

1）三角形網

GPS網中的三角形邊由獨立觀測邊組成。根據經典測量的經驗，這種圖形的幾何結構強，具有良好的自檢能力，能夠有效地發現觀測成果的粗差，以保障網的可靠性。同時，經平差后網中相鄰點間基線向量的精度分布均勻。網形的主要缺點是觀測工作量較大，尤其當接收機的數量較少時，使觀測工作的總時間大為延長。

2）環形網

由若干含有多條獨立觀測邊的閉合環所組成的網，稱為環形網。網形與經典測量中的導線網相似，其圖形的結構強度比三角網差，非直接觀測的基線邊精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻，優點是觀測工作量較小，且具有較好的自檢性和可靠性。

3）星形網

星形網的幾何圖形簡單，但其直接觀測邊之間，一般不構成閉合圖形，其檢驗與發現粗差的能力差。這種網的主要優點，是觀測中通常只需要兩臺GPS接收機，作業簡單。

賽爾七礦是一個丘陵區，且有多臺接收機同時作業，本次采用三角形網進行此次控制測量。

1.3 埋設標石

GPS點位應設在易于安裝接收機、視野開闊的較高點上，視場內不應有高度角大于15°的成片障礙物，點位應遠離有整片幕墻玻璃的高大建筑物，遠離大片平靜水面，以降低多路徑效應對GPS衛星信號的影響。還應遠離大功率無線電發射源、高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，以避免電磁場對GPS信號的干擾。GPS網點應埋設具有中心標志的標石，以精確標志定位，點的標石和標志必須穩定、堅固以利于長久保存和利用，并制作點之記。

1.4 技術難點和技術措施

1）起算數據的選擇

GPS控制網平差數據得到的是WGS－84坐標系下的坐標，必須經過坐標系轉換才能得到西安80系坐標。起算數據相對精度的高低決定著整個控制網精度的高低，必須確保起算數據相對高精度。本次GPS E級控制測量工作的起算點為II、III、IV等國家等級點，保證了精度。

2）對原三角成果的檢驗

對于測區而言，作為起算點的國家控制點有可能受外界因素影響，布設GPS控制網時應適當重合部分以往舊三角點，以檢驗原三角點成果的可靠性。本次工作聯測了2個以往的GPS E級點，2個點的原平面成果與新GPS平面成果較差小于0.04 m.國家等級控制點間無約束平差實測基線長與理論長度的相對精度大于1／200萬；無約束平差實測國家等級控制點間實測高差與理論高差的較差小于0.001m.比較結果證明這些點沒有發生位移。

3）控制網的高程精度

賽爾七礦是一個丘陵區，地勢不是很平坦。受條件限制能聯測的水準高程控制點只有兩個。因此GPS E級網的高程采用GPS擬合高程。

4）觀測時間的確定

外業采用五臺南方S86型GPS衛星接收機同步觀測，每點觀測時間不少于45min.正常情況下控制網的無約束平差的點位誤差在5mm以內，加上起算點誤差之后，點位誤差均小于2cm.但在觀測環境不好的情況下，適當延長觀測時間。只有保證足夠的觀測時間，才能保證控制網取得高精度。

5）控制點選擇

GPS E級控制點選在便于安置接收設備和操作、視野開闊、被測衛星高度角大于15°的地方，測點距無線電發射源（如電視臺、微波站等）大于400 m，距高壓輸電線大于200m，其距離點位附近嚴禁有強烈干擾衛星信號接收的物體；點位地面基礎穩定，且利于長期保存。控制點地面測點均為混凝土普通標石。

2 作業過程

2.1 GPS網觀測

1）GPS網與地面網的聯測

GPS網與地面網的聯測，可根據測區地形變化和地面控制點的分布而定。一般在GPS網中至少要重合觀測三個以上的地面控制點作為約束點。為保證GPS網進行約束平差后坐標精度的均勻性以及減少尺度比誤差影響［3］，對GPS網內重合的高等級國家點，要適當的構成長邊的同步觀測環進行觀測。

2）外業觀測

GPS觀測時，應視衛星信號情況、點位環境和基線長度等因素的影響，必要時適當延長觀測時間。觀測過程中，人員應盡量不靠近天線，且不要在天線附近走動和使用對講機，使用對講機應離天線10m以上。雷雨天氣應停測，并卸下天線；人員應從高地撤到堅固的建筑物內或低洼空地上。正確量取并記錄天線高，并要求測前、測后量取兩次，取平均值為天線高，兩次量取差值不得超過3 mm，否則應重新設站觀測。天線高記錄不得劃改。在GPS觀測時，每個測站均要求用觀測手簿進行記錄，記錄內容為：點名、點號、觀測者、記錄者、天氣、日期、時間、時段、天線高、接收機編號、天線編號等，并將特殊情況記錄在備注欄內。

2.2 數據處理

觀測結束后，采用GPS數據處理隨機軟件進行基線向量的解算、復測基線的驗算。先進行二維無約束平差，要求最弱點位中誤差應小于0.05m，最弱邊相對中誤差小于1／45 000.當各種限差滿足規范要求時進行GPS網的控制網平差計算。E級GPS網平差結果：自由網平差后點位中誤差最大為0.002 0m，相對誤差最大為1／77 350，高程點最大中誤差0.000 4m，精度滿足規范要求。

3 結 論

實踐證明：新疆賽爾七礦運用GPS進行控制測量，能滿足高精度定位測量的需要。與傳統的測量技術相比，定位精度高、觀測時間短、操作簡便，降低了外業觀測強度和內業計算工作量。這種作業方式可以提高工作效率，降低勞動強度，降低成本，控制網的布設方法簡單、靈活。此作業方式也為類似的其它勘查區進行控制測量提供了一個很好的范例。

［1］ 中華人民共和國地質礦產部.GB／T18341－2009地質礦產勘查測量規范［S］.北京：中國標準出版社，2001.

［2］ 中華人民共和國地質礦產部.GB／T18314－2009全球定位系統（GPS）測量規范［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［3］ 周忠謨.GPS衛星測量原理與應用［M］.2版.北京：測繪出版社，1997.