矿山GPS控制网测量布设要点探讨

[摘 要]矿山测量工作是每个矿山建设和每个矿山在生产时期中不可缺少的一种测量工作。随着采矿工业的不断发展，矿山测量工作要求也越来越高，矿山测量涉及到很多方面的矿山管理，由于我国地下矿产资源十分丰富，所以矿山测量工作对促进和保证安全生产，提高经济效益，以及合理开发利用矿产资源起着相当重要的作用。本文对矿山GPS测量控制网的布设要点及几点体会进行了探讨。

[关键词]矿山测量 GPS控制网 几点体会

中图分类号：TD115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0068-01

一、前言

GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。当时GPS定位基本上只有一个作业模式―-静态相对定位，两台或若干台GPS接收机安置在待定点上，连续同步观测同一组卫星1h～2h或更长一些时间，通过观测数据的后处理，给出各待定点间的基线向量，在采用广播星历的条件下，静态定位可取得5mm+1×10-6D（双频）或10mm+2×10-6D（单频）基线解精度。

随着技术的发展，快速静态定位为短基线测量作业闯出了一条新路，大大提高了GPS测量的劳动生产率。对GPS测量系统（双频）在10km以内的短边上，正常接收4～5颗卫星5min左右，即可获取5mm～10mm+1×10-6D的基线精度，与1～2h甚至更长时间静态定位的结果不相上下。各个GPS测量厂商看好这个大趋势，纷纷推出各自的GPS测量新产品。有的把这种新型产品称之为GPS全站仪，有的称之为RTK（实时动态测量），有的称之为RTK GPS。

1.1 GPS在测量中的应用，有如下几个优点

（1）观测站之间不需要通视。这就减少了测量工作中的经费和时间问题，同时也使点位的选择变得十分灵活。

（2）定位精度高。在小于50km的基线上，其相对精度可以达到IPPm一ZPPm，随着基线的加长，其定位相对精度就越高。这样的精度是一般测量手段很难达到的。

（3）观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同，一般为lh～3h。为了进一步缩短观测时间，提高作业速度，近年来发展的短基线（不超过20k间快速相对定位法，其观测时间仅需数分钟）。

二、GPS网的布设与外业的观测实施

矿山控制网的布设应根据其矿山特点布设GPS网，从矿山的地形特点及作业效率与经济适用等方面因素考虑，用双频静态GPS实施作业，以避免外业观测受到矿山的地形与电磁波的干扰等方面影响。

2.1 布网的原则

（1）GPS网的布设必须满足国家规范要求，以满足整个矿山规划需要为目的。根据矿山的地理情况，布网中按实际需要合理布设，相邻GPS点间距需满足规范要求，且基线长度相差不要过大，以保证精度，防止不同时段、不同精度的点，对网平差成果的影响。

（2）实地选点时，要避开建筑物、树林等障碍物的影响，以保证卫星截止高度不小于15度。

2.2 网的组成与外业观测

GPS网由20个点组成，其中含固定点（原有的国家等级点）5个，重合检查点2个，新布设15个GPS四等点，网形的结构特征为：总点数20个，三边形闭合环总数41个，基线48，外业观测我们严格按照四等GPS静态测量的技术要求作业，有效观测卫星数大于4颗，点位的几何图形强度因子PDOP大于6。观测时间安排在每天的最佳时段进行，且仪器必须严格对中，整平，每天观测结束后，及时下载数据，确保数据的完整性。

三、数据处理与精度统计

3.1 基线向量的解算与检核

数据处理主要指的是基线解算。在处理基线时首先用随机软件进行自动处理，若处理的结果不理想，则进行人工干预，务必保证基线成果的正确性与可靠性。其次要进行基线向量的检核，计算各同步，异步，复测基线的闭合差及全长相对闭合差，全网共观测48于条基线。其中同步环26个，最大位置闭合差为0.015M检测异步环15个，最大闭合差0.090M，复测基线13条，最大较差为0.019M，重合基线最大相对误差为-9.545PPM，皆优于《规范》的限差要求。通过这些数据的分析，我们认为基线处理结果可靠，可以参于网平差。

3.2 网平差的计算

网平差的计算是把处理后的基线向量作为基本观测值，依据各基线向量的协方差阵，定权后进行平差计算，其中包括三维无约束平差，与二维约束平差部分，其中三维无约束平差目的是评价GPS网内部精度，剔除粗差，检查系统误差，求解出各点的WGS84坐标。二维约束平差的目的是引入国家与地方坐标，形成各点的坐标差，及误差方程。进行平差处理，求出各点的坐标与精度指标。二维约束平差过程中，我们选取了兼容性较好的三个三等点参与约束，平差后的结果皆满足《规程》各项限差要求。

四、GPS控制网的布设

本工程是矿山带状地形测量，为了满足工程设计及施工的需要，GPS网点自然紧随公路而布设，点位要求顾及公路测设范围且基本分布均匀，各测点要求至少能与一个相邻GPS点通视。本次共布设17个E级GPS点，联测已知点3个，平均基线270m。

五、GPS控制网的外业观测

5.1 仪器装备

采用3台美国产AshtechSCA-12S型单频接收机进行观测，其静态定位测量精度为±（l0mm+1ppm.D）。

5.2 观测的技术指标

（1）有效观测卫星数不小于4颗；（2）观测时段大于60min；（3）时段中任一卫星的有效观测时间大于20min；（4）卫星高度截止角大于15°；（5）卫星几何图形因子GDOP值小于6，空间位置；（6）精度因子PDOP值小于6；（7）数据采集间隔为15s；（8）数据采集方式为L1采集。

5.3 观测时间选择

根据卫星星历预报，当时当地上午09：20以前能接收到4颗以上健康卫星信号，且图象强度因子（PDOP）值都小于6。为了保证在最佳时间内观测，每天安排在5：30～9：30这段时间进行作业，以确保GPS网的精度。

六、数据处理及检核

将外业当天采集的数据传输到计算机中，然后对其进行基线向量处理，以确保外业数据的质量，同时也是对外业数据质量的检验。数据处理采用随机软件GPS V5.2进行，根据自动处理输出的基线向量指标，即可知道基线的解算情况。作业过程中，有一天发现同步环4～5～6闭合差超限，经认真分析，发现是点位置选择不当所致，4号点选在5号点山脊的北面，6号点选在5号点山脊的南面，致使同步环上各测点观测到的卫星不同步，需要调整个别点位，这是在山区GPS作业中值得注意的。

七、几点体会

通过GPS在生产实践中的实际应用，我们体会很深。

①采用GPS技术极大地提高了工作的效率，并且其成果具有较大的可靠性，作业方便，灵活，不受天气影响。

②已知点成果的精度，对GPS网的精度有较大的影响，特别是在二维约束平差时，发现误差偏大时，应仔细分析原因，找出质量差的点，以便优化成果。

③GPS网内外符合，检核条件比较多，且采用随机软件，平差速度快，实用性较强。

④GPS控制网在山区控制测量中具有布网灵活方便、作业效率高，能减少砍伐树木，对保护生态环境具有积极意义。

⑤对山区选点要避免同步环中一个点在山脊一边，另一个点在山脊另一边；或一个在狭窄的山沟里，另一个在山头上，选点还要避免选在大树下、坡度大的山脊山坡上、陡坎下面，以免影响GPS测量精度。

⑥GPS技术虽然受一定条件限制，但在控制测量中采用GPS定位技术与常规测量技术相比，无论在速度、效率、质量、操作方面，还是对气象的适应能力等方面GPS卫星定位技术具有无可替代的优势，具有很高的实用价值。

八、结语

矿山测量主要指的是矿山控制测量，矿山工程测量、矿山地形测量以及矿山地形图的编绘等方面。目的是为矿山规划、矿山管理、矿山建设及矿山沉降提供可靠的数据资料。由于采用的双频GPS接收机具有双通道、高效率、高精度的特点，作业距离远，克服了矿山的地形复杂给测量带来的许多麻烦，取得了良好的经济效益和社会效益。