獨(dú)立坐標(biāo)系在建立境外礦區(qū)GPS控制網(wǎng)中的應(yīng)用

李志暉

（1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052）

獨(dú)立坐標(biāo)系在建立境外礦區(qū)GPS控制網(wǎng)中的應(yīng)用

李志暉1,2

（1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450052）

總結(jié)了獨(dú)立坐標(biāo)系在老撾巴松縣鋁土礦勘探測量中的應(yīng)用，以期提供一套行之有效的解決類似問題的方法。主要論述了坐標(biāo)系的選擇，獨(dú)立坐標(biāo)系的建立及實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理及平差計算。在對GPS控制網(wǎng)進(jìn)行約束平差及精度評定后，得出“該GPS控制網(wǎng)優(yōu)于E級GPS控制網(wǎng)的精度，完全可以作為該礦區(qū)的平面首級控制”的結(jié)論，印證了獨(dú)立坐標(biāo)系建立境外礦區(qū)GPS控制網(wǎng)的可靠性。

獨(dú)立坐標(biāo)系；GPS控制網(wǎng)；測量方法；鋁土礦區(qū)；老撾巴松縣

1 測區(qū)概況

老撾巴松鋁土礦區(qū)位于老撾南部占巴色省巴松縣境內(nèi)南東部，礦區(qū)周邊地勢較高，最高海拔915．0 m，最低海拔416．0 m，相對高差約為500 m，具有“波羅芬高原”的地貌特征；屬熱帶季風(fēng)型—熱帶雨林氣候，一年兩季（雨季、旱季），年平均降雨量為1 400～2 000 mm，進(jìn)駐工區(qū)時正值雨季，給測量工作帶來不利影響。礦區(qū)距巴色市東約90 km，距巴松縣城東約40 km。13號公路沿湄公河?xùn)|岸南下可直達(dá)占巴色省巴色市，從巴色市有省際公路經(jīng)過巴松縣，巴松縣到礦區(qū)有公路經(jīng)過，礦區(qū)北部和南部有大車路經(jīng)過，交通較方便。測區(qū)內(nèi)居民地不多，呈零星分布；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植咖啡為主，區(qū)內(nèi)咖啡園較多；植被均為原始森林，地表被森林完全覆蓋，除零星居民地和幾條土路外基本見不到地面，開展測量工作難度較大。測區(qū)內(nèi)沒有任何測繪資料，要進(jìn)行測繪工作，首先需要建立控制網(wǎng)。由于GPS網(wǎng)具有高精度、高效、無需通視等優(yōu)點(diǎn)，因此在該測區(qū)布設(shè)獨(dú)立GPS控制網(wǎng)。

2 基礎(chǔ)資料與坐標(biāo)系選擇

該礦區(qū)及其周邊地區(qū)未經(jīng)工業(yè)開采和資源普查，測量基礎(chǔ)資料缺乏，導(dǎo)致本次礦區(qū)測量工作開展前后一直未收集到礦區(qū)平面和高程控制點(diǎn)。由于收集的礦區(qū)主要地質(zhì)資料是以1∶25 000地質(zhì)地形圖為基礎(chǔ)的，與1∶50 000地形圖坐標(biāo)系一致（采用UTM投影）[1]，因此，采用與1∶50 000地形圖接近的獨(dú)立坐標(biāo)系——1∶50 000地形圖的UTM投影方式和印度1960坐標(biāo)系（Everest1830橢球參數(shù)）。

3 獨(dú)立坐標(biāo)系的建立及其實(shí)現(xiàn)

3.1 建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系的主要元素

1）中央子午線。中央子午線可以和國家坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)帶中央子午線重合，但當(dāng)測區(qū)離標(biāo)準(zhǔn)帶中央子午線較遠(yuǎn)時，可取過測區(qū)中心點(diǎn)或過某點(diǎn)的經(jīng)線作為中央子午線。如果僅移動中央子午線能夠解決投影變形，那么將起算點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行換帶就可建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系。

2）投影面。若移動中央子午線不能解決投影變形，就要考慮選擇適當(dāng)?shù)耐队懊妗？蛇x擇測區(qū)的平均高程面，也可選擇抵償高程面作為投影面[2]。

3）地方坐標(biāo)系參考橢球。通過對地方坐標(biāo)系參考橢球幾何元素、定位及定向的確定，使得橢球面與投影面擬合最好，這樣投影變形可減到最小，同時要求便于與國家坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行換算[3-4]。

3.2 獨(dú)立坐標(biāo)系的建立方案和測量方法

首先確定獨(dú)立坐標(biāo)系的基點(diǎn)坐標(biāo)，再施測礦區(qū)GPS控制網(wǎng)。由于測區(qū)范圍內(nèi)森林覆蓋，且全部是山地，通視條件差，根據(jù)GPS布網(wǎng)原則[5]，在礦區(qū)布設(shè)1個坐標(biāo)原點(diǎn)（G011），這個坐標(biāo)原點(diǎn)和與它通視的方向點(diǎn)（G017）及其他34個點(diǎn)組成GPS控制網(wǎng) （見圖1），導(dǎo)線布置形式見圖2。該獨(dú)立坐標(biāo)系建立方案和測量方法的具體作法如下：

1）閉合導(dǎo)線觀測。根據(jù)踏勘情況，選擇工區(qū)北部較平坦的公路進(jìn)行獨(dú)立閉合環(huán)觀測，全站儀用三連架的方式從G011開始經(jīng)過G017布設(shè)成直伸導(dǎo)線到達(dá)G018，水平距離全長1 903．244 m；又從G018折回閉合在G011，形成閉合導(dǎo)線，共20條邊、18個折角。經(jīng)過各項(xiàng)改正計算，長度閉合差為0．01 m，角度閉合差為7 s，高程閉合差為0．002 m，達(dá)到規(guī)范要求，并進(jìn)行了平差計算。具體數(shù)據(jù)見獨(dú)立坐標(biāo)系閉合導(dǎo)線計算表（表1、2）。

圖1 老撾巴松縣鋁土礦測區(qū)GPS控制網(wǎng)

圖2 老撾巴松縣鋁土礦測區(qū)導(dǎo)線布置示意圖

表1 平距平差計算表

2）平面坐標(biāo)推算。起算點(diǎn)確定：為了精確定位和定向，在坐標(biāo)原點(diǎn)（G011）和方位點(diǎn)（G018）用兩臺南方9600 GPS接收機(jī)進(jìn)行12 h的數(shù)據(jù)采集。為了使建立的獨(dú)立坐標(biāo)系盡可能接近1∶50 000地形圖的坐標(biāo)系，首先利用靜態(tài)GPS觀測結(jié)果（B：15°04'2896224"N，L： 106°32'3345180"E），采用Everest1830橢球參數(shù)，進(jìn)行UTM投影得到G011的平面坐標(biāo)（X=1 666 846.003，Y=666 223.587）。方向確定：用同樣的投影方式得到G018（B：15°04'3800656"N，L：106°33'2986746"E）的平面坐標(biāo)（X=1 667 135.816，Y=667 906.321），計算出G011到G018的方位，作為推算閉合導(dǎo)線上點(diǎn)平面坐標(biāo)的方位閉合條件。由此，利用G011的假定坐標(biāo)，最終推算閉合導(dǎo)線上各導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

3）高程推算。在6 339Ⅲ幅1∶50 000圖上查得G011位置的高程為791 m，利用閉合導(dǎo)線的高差結(jié)果求出G017、G018的高程。

經(jīng)過以上步驟，已在本礦區(qū)建立了比較可靠的獨(dú)立坐標(biāo)系。據(jù)此將推算的G011、G017、G018坐標(biāo)作為本礦區(qū)GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)。

4 數(shù)據(jù)處理和平差計算

4.1 基線處理及檢驗(yàn)

用南方測繪 GPS 4．4000 數(shù)據(jù)處理軟件對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算，全部結(jié)果均為雙差固定解。

依據(jù)GB/T 18314-2009《規(guī)范》12．2．7的要求，E級GPS網(wǎng)獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線閉合差Ws和各坐標(biāo)分量閉合差（Wx，Wy，Wz）應(yīng)滿足以下要求；復(fù)測基線的長度較差應(yīng)符合。經(jīng)檢驗(yàn)，同步環(huán)、異步環(huán)、復(fù)測基線較差均滿足要求。

4.2 GPS網(wǎng)的平差計算及精度評定

表2 高程平差計算表

網(wǎng)平差處理使用南方測繪 GPS 4．4000 數(shù)據(jù)處理軟件，選定合格的基線解，構(gòu)成GPS控制網(wǎng)。先對基線進(jìn)行WGS84坐標(biāo)系下的自由網(wǎng)平差，基線向量的改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足以下要求[6]：VΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ。三維無約束平差后，基線向量的改正數(shù)絕對值見表3，均滿足限差要求。

表3 基線向量的改正數(shù)絕對值/cm

在地方獨(dú)立坐標(biāo)系下，采用印度1960坐標(biāo)系Everest1830橢球參數(shù)：

長半軸為6 377 276.345 m；短半軸為6 356 075.000 m；扁率為1/300.801 7；投影為橫軸墨卡托投影；中央子午線為105°；坐標(biāo)原點(diǎn)（G011）的數(shù)值為X=1 666 846.003，Y=666 223.587。以坐標(biāo)原點(diǎn)（G011）、方位點(diǎn)（G018）及方向點(diǎn)（G017）的坐標(biāo)作為已知點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差，經(jīng)過二維約束平差后得到各精度指標(biāo)見表4。最佳相對中誤差為1/1 139 728，最差相對中誤差為1/76 388，平均相對中誤差為1/287 854。

表4 點(diǎn)位中誤差/cm

從精度分析可知，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為0．475 cm，最弱邊的相對中誤差為1/76 388，而E級GPS控制網(wǎng)最弱邊的相對中誤差為1/45 000，點(diǎn)位誤差為5．0 cm，因此該GPS控制網(wǎng)優(yōu)于E級GPS控制網(wǎng)的精度，完全可以作為該礦區(qū)的平面首級控制[7]。

5 結(jié) 語

獨(dú)立坐標(biāo)系在建立老撾巴松縣鋁土礦區(qū)GPS控制網(wǎng)中的應(yīng)用，體現(xiàn)了其不同于在國內(nèi)布網(wǎng)的特點(diǎn)：

①區(qū)內(nèi)無可供參考的測量基礎(chǔ)資料，無法向測區(qū)內(nèi)引入控制點(diǎn)；②在坐標(biāo)原點(diǎn)和方位點(diǎn)進(jìn)行12 h的觀測，其精度指標(biāo)完全可以作為礦區(qū)E級GPS控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)；③經(jīng)本礦區(qū)實(shí)踐證明，建立的獨(dú)立GPS控制網(wǎng)優(yōu)于E級GPS控制網(wǎng)的精度，完全可以作為該礦區(qū)的平面首級控制。

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圖5 地價水平值統(tǒng)計柱狀圖

圖6 地價水平狀況分析圖

4 結(jié) 語

該基準(zhǔn)地價查詢公示系統(tǒng)集成了基準(zhǔn)地價成果管理、顯示、查詢、統(tǒng)計、分析、網(wǎng)上發(fā)布等一體化功能，將其應(yīng)用于地價評估和日常管理工作，科學(xué)實(shí)用、方便快捷，為地價管理的信息化提供了依據(jù)，同時也為實(shí)現(xiàn)土地市場公開、公平、公正的健康發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

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第一作者簡介：杜艷琴，碩士，工程師，從事土地利用及城市發(fā)展相關(guān)研究。

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B

1672-4623（2016）09-0079-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.026

李志暉，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及測繪工作。

2015-02-11。

項(xiàng)目來源：中色國際礦業(yè)國際合作資助項(xiàng)目（L-2005-01）。