靜態(tài)GPS在角峪鐵礦普查控制測量中的應(yīng)用

王文祥，袁國霞，魏善明，馬慶偉

(1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014；2.山東省地質(zhì)測繪院，山東 濟南 250013)

0 引言

地質(zhì)勘查工程控制測量包括基本控制測量和圖根控制測量，分為平面控制測量和高程控制測量，常用的方法有GPS測量、導線測量、幾何水準測量、光電測距(EDM)三角高程測量等，是地質(zhì)勘查工程測量中的首要工作，也是工程點精度和地形圖精度得以滿足的基礎(chǔ)，因此必須精心設(shè)計、嚴格要求。

GPS靜態(tài)定位是指如果待定點相對于周圍的固定點沒有可覺察到的運動，或者雖然有可察覺到的運動，但這種運動較緩慢，從而使得在每次進行GPS觀測資料的處理時，待測點在協(xié)議地球坐標系中的位置可以認為是固定不變的(靜態(tài))[1,2]。采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)進行礦山測量，具有精度高、靈活性強、工作效率高等特點[3]。為滿足泰安市角峪鐵礦普查的需要，受萊蕪市金地采掘工程有限公司的委托，山東省地礦工程勘察院于2011年年初順利完成了礦區(qū)E級GPS控制網(wǎng)的施測任務(wù)。

1 測區(qū)概況

測區(qū)位于泰安市岱岳區(qū)角峪鎮(zhèn)南偏東，呈不規(guī)則長方形分布，東西最長約3.8km，南北最長約2.3km，總面積為7.1km2，測區(qū)為丘陵地區(qū)，溝壑、陡坎較多，覆蓋的村莊包括：角峪東村、南角峪村、柴莊、東岳村及東岳新村,要求平面控制點點位中誤差小于5cm。基本控制測量以國家D級GPS點為起算點，按E級GPS點平均2.0個/km2的密度要求，同時考慮實際工作需要，本著盡量減少圖根控制測量的要求，布設(shè)E級GPS網(wǎng)。高程控制測量采用1985國家高程基準，在四等水準點的基礎(chǔ)上，用GPS擬合高程的方法進行，采用嚴密平差計算。

2 GPS網(wǎng)布測

2.1 GPS網(wǎng)設(shè)計

根據(jù)測區(qū)實際情況，利用萊蕪市國土資源局提供的3個D級GPS點為平面控制的起始點：分別為D115青沙溝、D110圣井、D104茂盛塘，坐標為1980西安坐標系，高程為1985國家高程基準。經(jīng)RTK檢測平面精度在2cm之內(nèi)，高程精度在5cm之內(nèi)。布設(shè)一個由9點組成的擴展E級GPS控制網(wǎng)(其中新埋設(shè)控制點6點)，E級GPS控制點按新編GPS點編號，即：EJ01，EJ02……EJ06。GPS精度指標不低于表1中要求[4]。

表1 GPS精度指標

GPS網(wǎng)最長邊5.99km，最短邊1.93km，平均邊長3.24km。每個GPS點需要至少與3個點相連，保證有3條基線通過[5]，高程控制采用靜態(tài)GPS擬合高程，如圖1所示：

圖1 GPS控制網(wǎng)

2.2 選點和埋石

在測區(qū)內(nèi)及周邊均勻分布5個E級GPS點：EJ01～EJ05，由于起始點D104距測區(qū)較遠，考慮到網(wǎng)形結(jié)構(gòu)在測區(qū)東部布設(shè)一過渡點EJ06。由于GPS受信號、氣象的影響較大,為確保控制精度和利用價值，選點時滿足以下要求：①點位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收設(shè)備、視野開闊的較高點上；②點位目標要顯著，減小GPS信號被遮擋或被障礙物吸收；③點位應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源(如電視臺、微波站等)，其距離大于200m；遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，其距離不得小于50m。以避免電磁場對GPS信號的干擾；選點的同時要做好點之記，該次測區(qū)E級GPS點采用埋石或鋼釘，用紅油漆填寫點號(如：EJ01)。

2.3 GPS外業(yè)觀測

采用4臺三鼎T20RTK雙頻接收機進行靜態(tài)測量，靜態(tài)平面精度±3mm+1ppm；靜態(tài)高程精度±5mm+1ppm。測量技術(shù)要求為衛(wèi)星截止高度角≥15°；同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4；時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間(min)≥15；時間長度(min)≥40；數(shù)據(jù)采樣間隔(S)5～15,點位的幾何圖形強度因子(PDOP)≤6；有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4顆，觀測時段數(shù)≥1.6。

2.4 數(shù)據(jù)處理

2.4.1 基線解算

基線解算采用三鼎GPS接收機隨機軟件基線處理與平差軟件-南方GPSADJ，首先設(shè)置坐標系統(tǒng)和控制網(wǎng)等級、基線的剔除方式，在數(shù)據(jù)錄入里面增加觀測數(shù)據(jù)文件，然后在觀測數(shù)據(jù)文件中修改量取得天線高。在基線解算中點擊全部解算，軟件就會自動解算基線，顯示為紅色表明基線解算合格，解算不合格會顯示為灰白色，在基線簡表窗口中查看解算的結(jié)果,在對話框中調(diào)整高度截止角和歷元間隔后解算，直至合格為止，共有基線19條參與解算。

2.4.2 閉合環(huán)情況

閉合環(huán)最大節(jié)點數(shù)：3，閉合環(huán)總數(shù)：44，其中同步環(huán)總數(shù)6，異步環(huán)總數(shù)38。同步環(huán)相對誤差為0.1～0.3ppm，|△X|為0.141～0.597mm，|△Y|為0.02～0.542mm，|△Z|為0.247～0.808mm，均滿足限差要求。

異步環(huán)相對誤差為0.1～0.9ppm，|△X|為0.318～1.745mm，|△Y|為0.13～1.922mm，|△Z|為0.045～3.30mm，均滿足限差要求。

2.4.3 復測基線精度統(tǒng)計

角峪鐵礦E級GPS控制網(wǎng)共有3條復測基線，復測基線較差最大值為14mm，基線號為EJ06～EJ05，復測基線較差允許值為±54mm，復測基線較差最小值為2.5mm，精度符合要求。

2.5 GPS網(wǎng)平差

2.5.1 三維自由網(wǎng)平差

此次E級GPS控制網(wǎng)利用南方GPSADJ軟件在WGS-84坐標系下進行經(jīng)典自由平差，三維自由網(wǎng)平差單位權(quán)中誤差為0.0289m，平差后的點位精度如表2所示。

表2 三維自由網(wǎng)平差點位精度

2.5.2 二維約束平差

二維約束平差采用網(wǎng)配合法進行轉(zhuǎn)換，單位權(quán)中誤差0.013384m，平差后點位精度如表3所示。

2.5.3 高程擬合

由于已知點位D115高程精度不達要求，故選擇D104，D110兩點為已知點進行高程擬合，參數(shù)擬合高程為5.34mm，符合精度中誤差為±28.347mm，D104擬合后高程殘差為0.02m，D110擬合后高程殘差為-0.02m，各點位擬合高程如表4所示。

表3 二維約束平差點位精度

表4 擬合后各點高程

3 結(jié)語

控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計是靜態(tài)GPS測量中非常重要的一項工作，為了提高控制網(wǎng)的精度，增加其可靠性，需要適當?shù)脑黾佑^測期數(shù)，并增設(shè)多余觀測和獨立基線數(shù)，從而保證一定的重復設(shè)站率。泰安角峪鐵礦普查E級GPS控制網(wǎng)布設(shè)取得的成果精度，完全符合下一步礦區(qū)1∶500大比例尺測圖的要求，為下一步礦區(qū)展開大面積的普查工作提供了測繪基礎(chǔ)資料。

參考文獻：

[1] 劉基余，李征航，王躍虎，等.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].測繪出版社，1993：53.

[2] 高群,尚穎娟.靜態(tài)GPS在控制測量中的應(yīng)用分析[J].西南農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版)，2010，(8):9-11.

[3] 張海港.談提高靜態(tài)GPS礦山控制測量精度的做法與體會[J].山西建筑，2010，(36)：363-365.

[4] 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范(GB/T18314-2009)[S]．

[5] 陳洪安.GPS技術(shù)在棗莊市城市控制測量中的應(yīng)用[J].山東國土資源，2008，(24)：94-97.