控制測量在礦山地質測量中的應用

陸 紅

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局六總隊，貴州 凱里 556000）

做好礦山地質測量、地質調查工作，認真貫徹落實相關政策，建立完善施秉縣地質調查工作，確保地質調查工作的平穩過渡，全面整合地質資料。在礦山地質測量工作開始前，開展GNSS靜態控制測量工作。

為全力保障礦山地質測量工作順利開展，需要在測區范圍內建立GNSS控制網和圖根控制點，其中，控制網采取D級控制網規范布設,采用靜態控制測量方式施測。圖根控制點的選點、埋設按《城市測量規范》和《全球定位系統（GNSS）測量規范》（GBT18314—2009）等規范要求來進行，以滿足本項目區域范圍內地質測量要求為首要條件，條件好的地段采用RTK圖根點測量，其他有影響GNSS觀測條件的地方采用圖根光電測距導線測量。

1 技術路線

1.1 GNSS控制網的整體網形設計

本次地質測量面積共約30平方公里，在測區內共布設測量控制點30個。在測量控制網的網形設計中，根據各控制點之間幾何關系形成連接形式一般主要分為邊連接式控制網、點連接式控制網、網連接式控制網等比較常用的控制網連接形式，其他網形包括邊點混合連接式控制網、三角鎖連接式控制網、導線網連接式控制網等其他形式的控制網在傳統測量工作中使用較少。

在以上幾種常規控制網布設形式中，邊連接式控制網的特點是由多公共邊來連接控制網中相鄰之間的圖形，所以，該方法有多條復測邊，異步環可以對觀測成果起到檢查的作用，能夠加強控制網的幾何圖形強度，提高控制測量成果的可靠性。點連接式控制網的特點就是控制網中相鄰的圖形之間只有一個公共點，沒有公共邊作為檢測邊，這種控制網的幾何強度不高而且控制測量成果可靠性差，因此，在現代測繪工作中，很少用到點連接式的控制網，特別是在礦山地質測量這種測繪精度要求高的工作中。網連接式控制網的特點是控制網的幾何強度很強，控制測量成果的可靠性很高，但是在實際工作中需要4臺以上的GNSS接收機才能施測作業，且需要的時間成本和經濟成本較大，所以網連接式控制網一般用于非常高精度的測量中。

根據以上分析，礦山地質測量適合采用邊連接式控制網，連接式控制網無論是圖形的幾何強度，還是控制網的可靠性，都能夠得到保證，其控制測量成果可以滿足本次礦山地質測量的精度要求。

1.2 野外選點埋石

1.2.1 選點

為檢驗GNSS靜態控制測量成果，通常在選點時選擇其中兩個以上的測量控制點通視，有利于用全站儀等其他測量儀器對控制點成果進行檢核與控制點加密工作。控制點的選點工作對控制測量成果影響較大，好的控制點點位能夠保證控制點的觀測過程更加順利，還能夠提升觀測質量，因此，控制點的選點工作應該遵守以下原則：

（1）在室內1∶1萬比例尺的地形圖上進行控制點的點位設計后，到實地考察控制點點位的地質條件，避免選擇在土質松軟、地質條件不穩定的地方。選擇相對穩定的點位，可以讓控制點長期保存、長期使用且不易被下雨、沉降等天氣、環境因素影響而破壞。

（2）點位周圍比較空曠，在點位的四周高度角15°以上，避免有成片的障礙物，點位的四周高度角15°以上有過多的障礙物會影響控制點在觀測的時候GNSS接收機接受衛星信號，對后期控制測量成果影響較大，甚至成果不能滿足礦山地質測繪要求。

（3）控制點點位應距離電臺、微波中繼站等信號發射區域超過200m，距離高壓線、變壓器等信號干擾源超過50m，這些電磁信號發射源距離控制點近的話，強大的電磁場對接收機接受GNSS信號的影響較大。

（4）控制點點位周圍不應該有大面積的信號反射物體，比如較大的建筑物、大面積的水庫形成的水面等等。大面積的信號反射物體會增大多路徑效應的影響。

1.2.2 埋石

控制點埋設的標石應有中心標志，以精確確定點位，點的標石和標志必須穩定、堅固長久保存和利用，埋石點的埋設規格見下圖1：（單位：cm）。

圖1 埋石點的埋設位置

1.3 觀測方式

在整個GNSS控制網范圍內，選4個國家C級GNSS控制點，與新GNSS控制網點同步聯測；外業數據采集使用南方型接收機（標稱精度為±(5mm+1×10-6D））進行。外業觀測依據《全球定位系統GNSS測量規程》中有關靜態邊連式的觀測方案，控制測量每測段同步觀測時長定60min，接收機的其他參數設置為：衛星高度截止角為15°；衛星信號數據采樣間隔為15S；衛星圖形強度因子PDOPL＜4.0；同步接收衛星的個數不少于5顆。接收機的對準用光學對準器對準；天線高度用鋼尺在不同方向上量測二次，其差值不超過4mm時，最后取平均值。

1.4 數據處理

1.4.1 基線解算

控制網的野外靜態控制測量數據選擇采用南方GNSS數據處理軟件，按原碼采用雙差相位觀測值進行基線解算，采用雙差固定解作為最終結果。基線解算主要的實際意義就是對測量數據的平差，其中，雙差觀測值作為平差過程中使用的主要觀測值。數據平差的過程主要分為三個步驟，第一步是觀測數據的初始平差，軟件根據觀測值的觀測方程，組合成為法方程后，計算出基線向量的浮動解。第二步是將整周未知數固定成整數，根據初始平差的結果，計算后定出任何整周未知數的一組備選數據值，并從備選數據中選取出來，以這些數據作為已知數，帶入基線解算的方程中，求出相應的基線解。第三步是當確定整周未知數的值后，與之對于的基線向量就是基線向量的整數解。

基線解算結果的正確解算將直接影響控制測量成果的正確與否。因此，基線解算的工作步驟在控制測量中顯得非常重要。影響基線解算成果質量的因素主要有以下幾點。

（1）已知點（數據起算點）的坐標不正確或者在輸入已知點坐標過程中輸入不準確。已知點坐標的錯誤會導致基線出現一定方向的偏差，會明顯影響基線解算的成果。

（2）觀測時段衛星數量較少或者部分衛星被GNSS接收機觀測的時間不夠，觀測時間不夠的衛星會影響到該衛星整周未知數的確定。若衛星整周未知數不能確定，將直接影響基線解算的順利進行。

（3）在某個觀測時段中，部分時間內周跳過多，導致周跳修復不完善，也會影響到基線解算的結果。

（4）控制點的數據觀測過程中被多路徑效應影響較大另外，對流層或者電離層折射影響較大也會影響到基線解算的結果。

1.4.2 平差計算

在基線向量檢驗符合要求后，按照《全球定位系統測量規程GB-T2009》的要求，進行GNSS網的無約束平差和約束平差。

（1）數據處理：為了獲得GNSS觀測基線向量并對觀測成果進行質量檢核，首先要進行GNSS數據的預處理，根據預處理結果對觀測數據的質量進行分析并做出評價，以確保觀測成果和定位結果的預期精度。GNSS網數據處理分基線向量解算和網平差兩個階段。各階段數據處理軟件均采用隨機所帶軟件。處理的主要內容有：GNSS衛星軌道方程的標準化、時鐘多項式的擬合和標準化。

（2）基線解算：基線數據按同步時段為單位進行，按多基線解時，每個時段需提供一組獨立基線向量及其完全的方差——協方差陣；按單基線解時，須提供每條基線分量及其方差——協方差陣。可以采用不同的數據處理模型。

（3）無約束平差：無約束平差以三維基線向量及其相應方差—協方差陣作為觀測信息，以一個點的WGS-84系三維坐標為起算依據，進行GNSS網的無約束平差。平差結果須提供各點在WGS-84系下的三維坐標、各基線向量及其改正數和其精度信息。無約束平差中，各基線分量改正數絕對值應滿足：V△x≤3σ；V△y≤3σ；V△z≤3σσ—相應級別規定的精度（按網的實際平均邊長計算）。

（4）約束平差：利用無約束平差后的可靠觀測量，在2000國家大地坐標系下進行三維約束平差或二維約束平差。平差中，對已知點坐標、已知距離和已知方位，可以強制約束，也可以加權約束。平差結果應輸出在相應坐標系中的三維或二維坐標、基線向量改正數、基線邊長、方位、轉換參數及其精度信息。約束平差中，基線分量的改正數與無約束平差結果的同一基線相應改正數較差的絕對值應滿足：dV⊿x≤2σdV⊿y≤2σdV⊿z≤2σ。

1.5 圖根控制測量

圖根控制點的選點、埋設以滿足礦山地質測量要求為首要條件，條件好的地段在控制網的基礎上直接使用GNSSRTK施測圖根控制點，若因樹木茂密等原因導致GNSSRTK無法接收信號，致使圖根點數量太少或分布不均，無法滿足測量需要時，需使用全站儀在GNSS控制點上布設一、二級圖根導線。圖根控制點高程均可使用GNSS擬合高程或三角測量高程。

2 控制成果的應用

GNSS靜態控制測量廣泛用于測繪行業，并且已經慢慢的發展成為測繪領域中控制測量的主要技術方式，對于傳統測繪儀器的測繪方式來說，GNSS靜態控制測量各觀測點之間不用通視即可完成作業，網形結構靈活多變。并且能夠已知坐標計算出各個觀測點的精確坐標，并且可以在任何時間和地點都可以進行觀測，受到天氣的影響也比較小。GNSS靜態控制測量成果是礦山地質測量工作的前提條件，能夠使地質測量過程中的界址點的坐標精度達到要求。

因為礦山地質測量工作區域在城鎮范圍，該地區地形復雜，在房屋較為密集的地方，GNSS接收機無法搜索到足夠多的衛星，無法得到圖根控制點的精確坐標，無法使用GNSS-RTK施測圖根控制點，此時，應使用導線測量，因為地質測量要求的坐標精度較高，圖根控制點的密度大，所以導線測量一般布設為導線網，采用嚴密平差的辦法進行控制點計算。

在完成控制測量從控制網的網形設計到圖根控制測量的各項工作步驟后，用全站儀等測繪儀器依據以上控制測量成果全面開展地質測量工作。

3 結論

GNSS靜態控制測量成果起到對限制測量誤差累計和傳播的作用，對于本次GNSS靜態控制測量和圖根控制測量來說，主要是指在測量的區域內，根據礦山地質測量的測量任務和目標要求，測定GNSS靜態控制點和圖根控制點的平面位置和高程。在控制測量過程中，要根據測區實際情況對控制網進行優化布置，并將其當作礦山地質測量的工作基礎。在礦山地質測量過程中，可靠的控制測量成果可以更好的保證地質圖和界址點的坐標精度。