GPS控制網在礦山測量中的應用及精度分析

潘少群，熊芳芳

（江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330001）

礦山測量工作是指應用現代化的測繪技術，通過深入全面的地質勘查工作，對影響礦物質開采的高危因素進行分析，為礦山開采方案的制定提供信息支持的一個項目，是煤礦開采安全性與高效性的保障[1]。GPS技術是一種可以實現定時控制進行距離測定的空間交會定點導航系統，由空間部分、地面控制部分和用戶設備部分組成，通過覆蓋全球的衛星系統，能夠為用戶提供地標物的精準三維定位數據，目前在礦山測量中得到了廣泛的應用[2]。在待測礦區中，采用GPS控制網進行首級控制，與國家三角點進行聯測，采集外業數據，并進行數據處理，其測量效率較高，且數據精度能夠符合工作要求。

1 GPS控制網的布設

根據待測礦區的地形圖、地質圖及工程放樣資料，按照《全球衛星定位系統測量規范》中的四等技術要求，布設GPS控制網，采用BJ-54坐標系，采用D級GPS網進行首級控制，以Ⅲ等三角點作為起算點，根據外業控制測量需求，布攝像控點，在GPS網中，需利用原總參測繪局施測的Ⅲ等水準點作為本測區的GPS點，再另外埋設新的GPS標石，組成測區基本控制網。

在布設GPS控制點時，應按照均勻分布的原則，將基準站設置在地勢高、電臺信號覆蓋面積廣的地區，并且周圍200m無高壓電等信號干擾源，比如說溝谷的交匯地帶、道路轉彎處，確保部分測站上有已知方向，便于首級導線玩的布設，同時在地勢平坦、林木稀疏的地方布設一定的將基準站設置在地勢高、電臺信號覆蓋面積廣的地區，并且周圍200m無高壓電等信號干擾源，否則將因信號問題無法工作點，以確保整體控制精度符合要求[2]。

2 GPS外業數據采集及基線向量考核

2.1 GPS外業數據采集

采用中海達HD8900雙頻接收機，接收GPS數據，采集外業數據時，嚴格遵守《全球衛星定位系統測量規范》中四等作業的要求，制定靜態連邊式觀測方案，合理設置接收機的運行參數，其中，衛星高度角為15°，衛星圖形強度因子（PDOP）＜4.0，同步接收衛星及有效衛星個數應大于等于5個。鋼尺測量接收機天線高度，取三次測量的平均值。

圖1 GPS測量技術系統應用流程圖

2.2 GPS網基線向量檢核

（1）基線解算。以雙差固定解作為最終的基線解算成果，獲得了87條基線，除去2條粗差基線后，獲得85條滿足測量要求的基線。采用RMS、ROPP等指標衡量基線解算質量，若RMS偏大，說明觀測值質量低，若ROPP值偏大，說明觀測條件不佳。而且，在處理完相關數據后，應查看Fix后面的方差比Ritio的大小，若小于3，說明基線的固定雙差解不合格，需要對基線處理參數設置進行優化，確保處理后平均基線邊長、觀測基線及整數解誤差最大值都滿足相關要求。

（2）閉合環路檢驗。在基線質量檢測中，可采用以下幾種閉合環路檢驗方法：①同步閉合環檢驗。理論上，同步閉合環之間的閉合差數值為0，若同步環閉合差插線，說明其中存在一條及以上錯誤的基線向量，此次共獲取50個最小三遍同步環，全長相對閉合差為0.07×10-6至8.75×10-6，且僅有一個超過7.00×10-6，滿足測量要求；②異步閉合環檢驗。異步環極為不完全同步觀測基線組成的閉合環，此次共有53個異步環，全長閉合差W小于140.8mm，且各坐標分量閉合差不超過82.1mm，異步環基線向量合格；③復測基線檢驗。重復基線是指在不同的觀測時段兩個測站間的觀測結果，此次礦區測量共形成19條復測基線，復測基線較差為0.08mm至14.70mm，滿足復測基線長度≤65mm的要求。

3 GPS網平差計算及精度分析

3.1 三維無約束平差的計算及精度分析

采用中海達GPS隨機HDS2003數據處理軟件，在WGS-84坐標系中，進行自由網三維無約束平差計算，對GPS內部符合進度進行檢驗，若發現多余觀測誤差造成的網內不符值問題，及時解決。在剔除2條粗差基線后，對三維無約束平差進行χ2檢驗和t檢驗，分別對整個觀測量群及各個觀測元素進行統計檢驗，檢驗GPS控制網內部符合進度，以及各個向量解決定的協方差陣之間的比例關系是否滿足要求。

3.2 二維無約束平差的計算及精度分析

為了避免起算數據進度引起的GPS控制網扭曲，導致的控制網重點精度降低的問題，首先應檢驗一下起算數據的精度和質量，采用吳宇舒平差，計算起算點對應的坐標值，將反算起算點間的邊長與原起算點坐標反算的邊長進行對比，得到二者較差和先對誤差，若起算點精度滿足要求，將之作為礦區首級GPS控制網的起算點。隨后，應用索佳全站儀，貫徹全站儀測距邊長，再進行抽樣檢查，使用高精度全站儀，觀測GPS控制網中檢查樣本間的距離，與對應的GPS實測邊長進行對比。

4 結語

隨著社會的發展，礦山開采工作效率顯著提升，而對于礦山測量所得數據的精確度及時效性要求也大大提高，傳統的測繪技術已經無法滿足工作的需求，大量現代測繪新技術涌現在礦山測量實踐中，取得了喜人的成果。

其中，GPS技術就是其中一個改變礦山測量工作現狀的技術，在礦山測量中應用GPS控制網，可打破傳統光學測量的通視要求限制，并且具有高效便捷、數據精度高的優點，能夠有效降低礦區測量作業人員的工作負荷，加快工程進展，為礦區開發提供可靠的信息支持，應用前景廣闊。

[1]段建峰.GPS快速靜態測量技術應用于加密控制測量的可行性研究[J].測繪與空間地理信息,2018,41(01):98-100.

[2]王思鍇,李冠,馬全明,熊琦智.電離層誤差對城市軌道交通GPS控制網測量精度的影響分析[J].測繪通報,2017(01):102-105.