基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)探討

余 飛

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊(duì)，江西 鷹潭 335001）

新疆多金屬礦山勢陡峻巍峨，屬高山區(qū)，海拔在2500m～3500m，高差在500m～1200m之間，地形陡峻，切割較深。區(qū)域內(nèi)屬大陸性高山氣候，日最高氣溫平均40℃，最低達(dá)2℃，年平均氣溫26.5℃，晝夜溫差較大，主要水系為中昆侖冰川發(fā)育帶，全年平均降水量為436.6mm，是金屬資源重點(diǎn)開采礦區(qū)。由于新疆多金屬礦地區(qū)交通不便，山脈縱橫，地形勘查環(huán)境惡劣，對于新疆多金屬礦地形測量具有很高的難度。目前，針對新疆多金屬礦地形測量技術(shù)研究中，普遍存在覆蓋范圍小、測量時間長、采樣點(diǎn)有限以及精準(zhǔn)度不足等問題，導(dǎo)致新疆多金屬礦地形測量實(shí)際效果很難達(dá)到預(yù)期，無法實(shí)現(xiàn)高精度地形測量。GPS控制測量作為測量技術(shù)中的一種，具有自動靈活、高效精準(zhǔn)、成本低廉的優(yōu)勢，通過結(jié)合信息技術(shù)利用同時觀測的信號進(jìn)行做差處理將倆個測站的公共誤差消除掉從而使兩個測站的相對位置（也就是基線向量）非常的準(zhǔn)確，達(dá)到控制測量的要求。GPS控制測量一經(jīng)提出，立即受到測量方面的重點(diǎn)關(guān)注[1]。在我國，針對地形測量方面的研究十分普遍，但大多數(shù)測量方法很難滿足新疆多金屬礦地形大比例尺測量的精度要求。本文通過將GPS控制測量應(yīng)用在新疆多金屬礦地形測量技術(shù)中，為新疆多金屬礦地形測量提供一個嶄新發(fā)展方向。結(jié)合路凱提出的工程測量中GPS控制測量平面與高程精度分析中表明，地形測量中GPS控制測量運(yùn)用的亮點(diǎn)之處在于通過GPS控制測量能夠?qū)y量物體的相對位置進(jìn)行精準(zhǔn)表達(dá)，實(shí)現(xiàn)地形測量[2]。本文依次為研究依據(jù)，進(jìn)行基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)探討，通過設(shè)計(jì)基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)，致力于提高新疆多金屬礦地形測量精度。

1 基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)

本文結(jié)合GPS控制測量為新疆多金屬礦地形測量提供的優(yōu)化方法，根據(jù)新疆多金屬礦地形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)具體流程為：首先，基于GPS控制測量布設(shè)GPS控制測量網(wǎng)；而后，獲取數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)；再通過地形測量數(shù)據(jù)處理，提取地形測量數(shù)據(jù)中的特征參數(shù)；最后，對得到的地形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行閉合環(huán)檢驗(yàn)。上述為通過GPS控制測量進(jìn)行新疆多金屬礦地形測量信息提取的整體流程，以下將從布設(shè)測量網(wǎng)、數(shù)據(jù)獲取、信息處理以及地形測量數(shù)據(jù)檢驗(yàn)4個方面，開展基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)的設(shè)計(jì)，結(jié)合GPS控制測量實(shí)現(xiàn)高精度新疆多金屬礦地形測量信息的圖區(qū)。具體研究內(nèi)容，如下文所述。

1.1 布設(shè)GPS控制測量網(wǎng)

據(jù)相關(guān)調(diào)查表明，新疆多金屬礦地形平差后測角中誤差為±1.52。基于此，本次新疆多金屬礦地形測量采用GPS接收機(jī)，以新疆多金屬礦地形中平差后測角的最弱邊作為新疆多金屬礦C級GPS控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，布設(shè)GPS控制測量網(wǎng)。設(shè)置數(shù)據(jù)采集間隔為20秒；外業(yè)觀測技強(qiáng)度因子低于10；測量時間段長度不超過60分鐘；采用的測量方式為載波相位。

1.2 獲取數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)

為獲取新疆多金屬礦數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)，在GPS控制測量網(wǎng)區(qū)域設(shè)置測量點(diǎn)，并將其作為新疆多金屬礦地形測量的結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)，結(jié)合數(shù)字化制圖技術(shù)對該區(qū)域地形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化儀輸入。通過對新疆多金屬礦地形測量信息智能掃描矢量化輸入，利用數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)、線、面，確定測量參數(shù)結(jié)構(gòu)。利用Smart 3D軟件確定新疆多金屬礦地形測量參數(shù)結(jié)構(gòu)的具體流程為：首先，加載地形測量信息，引入GPS控制點(diǎn)以及相關(guān)參數(shù)；而后，采集pos數(shù)據(jù)，獲取pos數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，通過空三對pos數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)進(jìn)行加密處理；最后，提取密集點(diǎn)云，以游標(biāo)跟蹤和記錄相結(jié)合的方式對新疆多金屬礦地形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)采集。通過得到的地形測量參數(shù)結(jié)構(gòu)，為下文地形測量數(shù)據(jù)處理提供基礎(chǔ)點(diǎn)位支持。

1.3 地形測量數(shù)據(jù)處理

基于上述獲取的數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行地形測量數(shù)據(jù)處理。首先，針對上述收集的數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行自校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對新疆多金屬礦地形的區(qū)域性劃分。而后，可以通過二次整理剩余的數(shù)據(jù)，去除邊緣模糊的數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，通過人工解讀判斷地形測量信息的具體應(yīng)用，一方面為了提升數(shù)據(jù)在處理的準(zhǔn)確性，另一方面可為測量提供基本測量數(shù)據(jù)信息。最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的提煉，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化地形測量數(shù)據(jù)的處理。根據(jù)上述地形測量數(shù)據(jù)處理流程，為剔除重投影誤差，對重投影誤差進(jìn)行有效計(jì)算。設(shè)重投影誤差的平方和的函數(shù)表達(dá)式為，則其計(jì)算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，m指的是場景稀疏點(diǎn)云；j指的是一個變量；v指的是最小化投影點(diǎn)；f指的是新疆多金屬礦地形測量點(diǎn)；P指的是誤匹配點(diǎn)；C指的是GPS控制測量待求參數(shù)；X指的是空間點(diǎn)坐標(biāo)；q指的是GPS控制測量網(wǎng)最佳位置。通過公式（1）可得出重投影誤差的平方和，滿足新疆多金屬礦地形測量數(shù)據(jù)處理的高精度要求。

1.4 地形測量數(shù)據(jù)閉合環(huán)檢驗(yàn)

在完成地形測量數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，為檢查控制網(wǎng)的精度情況，還需要對地形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行閉合環(huán)檢驗(yàn)。

地形測量數(shù)據(jù)閉合環(huán)檢驗(yàn)的具體流程為：首先，統(tǒng)計(jì)出地形測量數(shù)據(jù)中環(huán)閉合差大小，通過環(huán)閉合差大小直接反映出GPS控制測量網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；而后，進(jìn)行三節(jié)點(diǎn)閉合環(huán)檢，也就是說在GPS控制測量網(wǎng)中，保證每條邊至少被檢查過1次；最后，根據(jù)得出的檢驗(yàn)結(jié)果，合格率在98%以上時，輸出新疆多金屬礦地形測量結(jié)果，完成地形測量數(shù)據(jù)閉合環(huán)檢驗(yàn)。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文設(shè)計(jì)了如下的對比實(shí)驗(yàn)，整體實(shí)驗(yàn)均在新疆多金屬礦相同環(huán)境下進(jìn)行，針對新疆多金屬礦地形開展相應(yīng)的測量工作。在新疆多金屬礦內(nèi)布置了8個控制點(diǎn)，其中4個控制點(diǎn)作為測量精度配準(zhǔn)控制點(diǎn)，剩余的4個控制點(diǎn)作為技術(shù)精度驗(yàn)證點(diǎn)。

本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為對新疆多金屬礦地形測量相鄰點(diǎn)之間的距離平差進(jìn)行對比，設(shè)置本文基于GPS控制測量設(shè)計(jì)的測量技術(shù)為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)測量技術(shù)為對照組，并采集8組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，測量相鄰點(diǎn)之間的距離平差越低證明該測量技術(shù)的測量精度也就越高。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

結(jié)合上述對實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)后收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。兩種技術(shù)下測量相鄰點(diǎn)之間的距離平差具體對比數(shù)值，如下表1所示。

表1 測量相鄰點(diǎn)之間的距離平差對比結(jié)果

通過表1可以得出結(jié)論：在地形條件及外界因素相同的條件下，本文設(shè)計(jì)的技術(shù)測量相鄰點(diǎn)之間的距離平差明顯低于實(shí)驗(yàn)對照組，其測量精度更高，可以實(shí)現(xiàn)新疆多金屬礦地形測量中的精準(zhǔn)測量。因此，可以證明文章設(shè)計(jì)的測量技術(shù)能夠滿足新疆多金屬礦地形測量的精度要求。

3 結(jié)語

本文通過對基于GPS控制測量的新疆多金屬礦地形測量技術(shù)探討，以實(shí)驗(yàn)的方式證明了GPS控制測量在新疆多金屬礦地形測量中的實(shí)用性。由于運(yùn)用GPS控制測量在地形測量的過程中，即便遭受到外界環(huán)境的干擾，但外界干擾對地形測量結(jié)果產(chǎn)生的具體影響較小。因此，有理由加大GPS控制測量在新疆多金屬礦地形測量中的應(yīng)用，提升新疆多金屬礦地形測量工作的精準(zhǔn)程度。通過以上研究，希望能夠?yàn)樾陆嘟饘俚V地形測量提供一定程度上的參考與借鑒。