GPS技術在礦山控制測量中的運用與相關問題闡述

葛尊國

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘查院 甘肅蘭州 730046）

GPS技術在礦山控制測量中的運用與相關問題闡述

葛尊國

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘查院 甘肅蘭州 730046）

隨著GPS技術不斷完善以及使用GPS技術的經驗不斷豐富，GPS技術在控制測量工作中的作用也將不斷提高，為工程建設提供更加科學、準確的參考數據。本文以某一礦區為例，介紹了GPS技術在礦山控制測量中的具體應用，并結合實例進行分析，最終目的是為實際的礦山控制測量提供有價值的理論參考。

GPS；礦山；控制測量

引言

全球定位系統（Global Positioning System，GPS）是以衛星為基礎，應用無線電測距交會原理，通過距離交會的方法求解地面待定點的三維坐標。它具有全天候、速度快、精度高、成本低等特點。隨著GPS技術的不斷成熟和完善，GPS控制測量將逐漸代替傳統控制測量在礦山控制測量中的應用。筆者結合甘肅省徽縣洛壩外圍及蔡家河鉛鋅礦詳查項目分析了GPS技術在礦山控制測量中的運用并對相關問題進行了一定的闡述。

1 項目概況

測區位于西秦嶺徽（縣）成（縣）盆地的北緣山區，呈地中山、中切割型地貌，海拔最高1614.1m，最低1014.1m，高差600m，礦區面積約50km2。測區以山區地貌為主，地形起伏較大，待定點間通視困難，為了滿足該礦區的勘探、測圖、生產和建設，需建立首級四等控制網。由于礦區地區的地形復雜，并且礦區周邊的已有控制點相距很遠，用傳統的控制測量方法在人力、物力、財力方面都將有很大的需求，所以決定采用GPS控制測量的方法。

2 GPS控制網設計

2.1 坐標系統及高程系統

坐標系統采用1980年國家坐標系，高程系統采用1985年國家高程系統。

2.2 技術依據及規范

（1）《地質礦產勘查測量規范》（GB/T18341-2001）；

（2）《工程測量規范》（GB50026-1993）；

（3）《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T1834-2001）。

2.3 已有資料的利用

測區附近有國家二等三角點三個分別為鳳凰山、西塘山、尖山子，經實地踏勘各點標石保存完好，可作為起算點。

2.4 踏勘、布網

根據工作需要和測區的實際情況，選擇D級GPS控制網作為該測區的首級控制網。控制網的平均邊長要求為5～10km，最弱邊相對中誤差≤1/40000。

首先在1/萬的地形圖上進行室內選點，經實地踏勘將各點選在遠離高壓電線、無線電信號發射源等干擾衛星信號的地方。本礦區在已有的3個二等控制點的基礎上布設了7個D級控制點，D級點的編號為LBD01～LBD07，其中最大邊長為11180.571m，最小邊長為5335.522m，平均邊長為7238.436m，符合D級控制網的要求，布網方式采用邊連式。其控制網分布圖見圖1。

圖1 控制網分布示意圖

2.5 實測方法

采用6臺南方靈銳S86T型GPS接收機進行觀測，儀器標稱精度為：平面精度為±2.5mm+1ppm，高程精度為±5mm+1ppm。其采用靜態定位模式同步觀測時間90min，測量時嚴格按照《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T1834-2001）的要求執行；儀器精確對中整平，觀測前后各量取天線高一次，兩次量取的天線高差值不大于3mm時取其平均值作為最終天線高記入觀測手簿。在有效觀測衛星總數大于4顆時，方進行數據采集，取衛星截至高度角為15°，數據采樣間隔為10s。

2.6 數據處理

2.6.1 GPS基線解算

基線解算時采用隨機軟件南方測繪Gnss數據處理，每次將當天的采集數據傳輸至電腦，并錄入外業記錄的天線高度，待外業結束后將所有采集數據導入計算機，設置基線解算參數，選擇雙差固定解進行全部基線解算程序。根據計算機自動處理后輸出的基線質量分析基線簡表、閉合環等成果，如有超限基線則采取調整高度截止角、歷元間隔、禁用基線、刪除衛星或觀測組合方案的方法，使解算結果符合規范要求。求解時考慮如下因素：

（1）電離層折射影響改正；

（2）對流層折射影響改正；

（3）數據處理時衛星截至高度角15°，數據采樣間隔為10s，采用獨立基線解算；

（4）15km以內的基線向量解算時應采用“雙差固定解”[1]。

2.6.2 GPS網平差計算

（1）在基線解算結束后對基線邊采用合格的雙差固定解作為基線解的最終結果，平差前對所有同步環，異步環及重復基線閉合差進行全面檢查，均符合《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T1834-2001）要求后進行重復基線檢核，環閉合差檢核，在以上兩項檢核合格的條件下，采用獨立基線進行三維無約束平差計算。

（2）在D級GPS網無約束平差確定的有效觀測的基礎上，在“1980西安坐標系”下采用獨立基線進行平差計算時，以礦區原有的GPS點“鳳凰山、西塘山、尖山子”的1980西安坐標系成果作為已知點數據進行D級GPS網二維約束平差計算，約束平差后，提供各D級GPS點在“1980西安坐標系”中的二維坐標，基線向量的改正數，基線邊長，方位角的精度信息。

（3）在D級GPS網成果全部計算完以后，進行E級GPS網成果計算。首先在E級GPS網無約束平差確定的有效觀測量的基礎上，在“1980西安坐標系”下進行平差計算，以D級GPS點的1980西安坐標系成果作為已知數據進行E級GPS網二維約束平差計算，約束平差后提供E級GPS點在“1980西安坐標系”中的二維坐標，基線向量改正數、基線邊長、方位角以及坐標、邊長、方位的精度信息，數據處理后的精度如表1所示。

2.6.3 高程控制

由于測區位于高山丘陵區，進行水準測量確有困難，高程控制測量采用GPS擬合高程的方法進行解算，擬合高程內符合精度中誤差38.32634mm。

3 GPS技術在礦山控制測量中運用的相關問題分析

雖然GPS技術在礦山控制測量中展現出良好的應用效果與應用前景，但是在實際的應用過程中因各種條件的限制也暴露出一定的問題：①計算準確性問題，按照距離計算公式，S=v×t，時間變量容易確定，但是電磁波在不同介質中的傳播速度不同。電磁波在真空中的傳播速度快，而在大氣層中的傳播速度較慢[2]。因而電磁波傳播過程中受電離層和對流程的影響，導致GPS系統只能采用平均值進行計算。而且不同地區的大氣含量不同，不同地區電磁波在大氣中的傳播速度也不同，因此計算結果也存在一定誤差。②觀測問題。GPS測量依賴于衛星對數據的處理結果，并且GPS通過接收機接受點位坐標數據。接受過程中存在干擾因素將影響測定點位的坐標數據。因而GPS技術測量對環境要求較高，如視野開闊、測量范圍內無大功率發射源以及信號干擾物體和大面積水域區域減少多路徑效應。③測量結果問題，不同型號GPS儀器測量結果可能存在差異，且差異可能較大。第四，高程擬合問題，為了提高高程擬合精度，埋設控制點位時應盡量使其相對高差越小越好[3]。

表1 數據處理精度

4 結語

在本次作業中運用GPS技術，能夠明顯提高礦區控制測量結果的精度，在縮短作業時間、提高經濟效益方面獲得良好效果。

[1]楊光明.城區坐標系統改造技術分析[J].甘肅林業科技，2008，33（3）：79～82.

[2]余洪旗.淺談測繪新技術在礦山測量中的應用[J].廣東科技，2012，54（23）：182+165.

[3]賀園園，孟魯閩.GPS高程擬合在工程測量中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2010，33（2）：127～129.

P228.4

A

1004-7344（2016）23-0185-02

2016-7-19

葛尊國（1988-），男，本科，畢業于桂林理工大學，主要從事測繪工作。