铅锌矿区控制测量中GPS的应用

摘要：本文主要阐明GPS技术在铅锌矿区中应用，首先分析了该技术应用特点，然后分析了静态GPS控制测量检测，在此基础上，阐述了 GPS控制测量在矿区应用模式，最后，指明GPS定位的误差来源及其应对方法。

关键词：铅锌矿区，GPS，控制测量

一、GPS在矿区控制测量中应用的特点

（一）控制测量方法

把GPS接收机（超过2台）依次装配于基线的各端点上，其中需要具有几个已知点，对观测站之间相对位置进行测量，通过已知点与每一观测基线构成GPS控制网，用相应的软件来对每一未知控制点坐标进行求解。

GPS技术的引入将传统的作业方式替代，因观测站相互间无须保持通视状态，同时网形结构比较灵活，所以，选点任务量明显降低，非常方便；无须在仪器不能达到的区域设点，降低了劳动强度；同时还无须支付建立高标的费用，使得成本明显减小。此外，该技术还有便于操作、观测迅速、能够24小时不间断作业等诸多特征。

（二）铅锌矿矿区主要特点

该矿属于井下开采矿山，由于地表人类活动频繁，人口量大，这样就很难保持测量控制点；该点服务于采区内工程。另一方面，井下控制系统通过旧矿区四等控制点构建近井点，利用联系测量引入井下各中段，地面控制测量成果一定要和井下控制测量系统相符，唯有如此，才可以保证井下安全与每项地面工程的准确性。

二、静态GPS控制测量检测

（一）无约束条件下基线长度检测

1.检测结果

应用南方北极星9600接收机（3台）来进行地面静态GPS控制测量，设站地点为井下控制系统起算边的QCL和ZJ两点，对基线精度进行检定，并且还对其与国家四等控制网兼容性进行检定，采集数据以后通过相应的软件加以处理，该环节仅输入1个已知点，然后通过各种坐标系来求解；且边长观测主要通过徕卡全站仪来完成，对全站仪观测平距进行二化改正，然后将结合和GPS基线长度及已知点坐标反算长度对比，结果表明，各个坐标系下向量方向值相符，与已知方向值的较差都是0.1d，另外，两已知点的高差值同样相符，接近国家控制网的高差值，两者之间的差距只有6毫米。基本满足精度要求。

2.无约束条件下静态GPS测量应用方式

测量过程中，为满足相应的精度要求，当只有一个已知点的时候，解算过程中利用西安80坐标系；或引入基于北京54坐标系的自定义坐标系，其参数设置使参考椭球面与矿区范围内的大地水准面吻合，充分确保解算成果和井下控制测量成果相一致。

（二）采用不同坐标系约束条件下基线长度

1.基线约束

即把实测的基线地面平距和两个已知点反算的高斯平面距离进行比较，通过这种方法获得约束比m，最终把全部观测地面基线向高斯平面约束。国内应用的80西安或者54北京坐标系都是参心坐标系，而GPS定位则引入了地心空间直角坐标系。所以，必须细致分析参心与地心空间直角坐标系两者间的转换，从理论的层面进行分析，共有四个未知参数，必须有3个坐标系中的公共点来进行确定。需要注意的是，要是公共点超过两个，那么就根据最小二乘准则计算。

2.坐标解算

由上文可知，测量过程中，要是应用2个起算点，3台GPS接收机同时观测组成同步环的前提条件下，因为早就确定了转换参数，基线距离按m来加以约束，所以，无论应用哪一种坐标系，均不会干扰解算结果，以“南方GPS数据处理软件”录入两个已知点坐标来解算，获得的未知点坐标保持相符，与上文分析保持一致。

三、在矿区的应用模式分析

（一）精度指标的确定

国内，GPS测量规范（1992年）主要把精度划分成五级，A-E。通常情况下，A、B级往往为国家GPS控制网，而后三级主要是专门对局部性GPS网规定的。根据具体应用中边长长度以及测量精度要求，此处我们主要根据E级来组网，每次同步观测时间彼此在四十分钟以上，每一指标根据E级要求进行。

（二）基准站的建立

测量过程中，必须设定不少于两个已知点，以实现距离约束与坐标转换。GPS相对定位同步网间往往通过边或点连接，如果有三台接收机台数，则选择点连接。要是各次作业均需对两个已知点进行联测，这样就提高了难度，且导致测量效率明显下降。

如图1，我们在地测楼楼顶埋设1个控制点DCL，将其当做基准点，这个点位非常易于达到，同时当GPS接收机架设以后无须安排人员进行看管。对基准点与两个已知点进行同步观测，利用这种方式，计算获得DCL的坐标，然后利用全站仪根据相关标准进行坐标检测，将DCL的坐标确定下来。此处我们以三台接收机为例，后续测量过程中则能够从该基准点开始，无须重新布设仪器到原来联测该点的已知点上，解算过程中把原来观测的已知点数据当做一个同步观测参来进行就可以，既完成了距离约束与坐标转换，还能够降低大量重复观测，提高测量效率，使得安全性提高，操作更加容易。

图1 GPS控制网拓朴结构

在基准点上建立永久性基墩，在矿区中应用动态GPS技术过程中，将基站布置在已知点上，能够获得三维坐标，构建起一个网络，其控制点是永久基站，可以进行野外单机作业，能够在小区域中取得临时CORS基准站应用效果。

（三）几何图形的确定

按照各种测量用途，GPS网的独立观测边都必须组成相应的几何图形，具体来说，包括三角形网、环形网等。对于前者来说，其特点如下：自检能力相对较好，几何结构强，然而，其涉及到的观测任务相对较重；而对于星形网，其主要特点如下：图形不闭合、相对简单，因此，检验能力不强，但其非常容易作业、任务量少；而对于后者，其处于前两者之间。

矿区基本上测量工程放样，往往使用混合网形结构（星型和三角形网结合，具体见图1），也就是各次测量过程中布设控制点两个，两者彼此通视，一起和DCL构成同步三角形，若干次布设以后，形成了网络拓朴结构（发散型星型），以DCL为中心。可以有效适应测量需要，其突出优势是便于操作，作业量少，并且能够通过全站仪对发散点距离进行检测，有三角形网发现粗差和检验的优点，非常实用。

四、误差来源与应对方法

误差来源：GPS卫星、信号传播以及地面接收设备。

应对方法：前两种误差不受操作措施影响，所以，只能够利用某种方法来降低来自于传播途径的误差，具体来说，涉及到多路径效应、对流层与电离层折射等方面所致的误差。

能够通过同步观测值来进行求差，通过这种方式来降低上述两种折射造成的干扰，这对短基线具有非常良好的效果，同时能够使用电离层模型进行改正，以降低电离层折射造成的干扰；在测站测定气象参数，选择对流层模型进行改正，通常情况下，视场范围中附近障碍物高度角在10b-15b以上，从而能够降低对流层折射的干扰。

降低多路径误差的措施如下所示：科学确定站址，不应当将测站布设于盆地、山坡、山谷，必须远离高层建筑，同时，周围需要避开大范围水域、对电磁波反射强烈的物体。并且还需要与高压输电线、大功率的无线电发射台保持较远间距，且需要在200 米以上，防止附近磁场的影响。

五、结束语

综上所述，本文在测量过程中引入静态GPS技术，取得非常良好的效果，既降低了劳动强度，又降低了任务量，使得操作更加容易进行，同时充分确保了精度要求。

参考文献：

[1]刘卫军，王宝山，张献伟. GPS在矿区控制测量中的应用[J]. 河南城建学院学报，2012，01：64-69.

[2]关晓刚. 浅谈GPS在地质勘查矿区控制测量中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2012，36：27.

[3]曾益山，刘强. 矿区地形控制测量中GPS的应用解析[J]. 江西建材，2015，23：223-224.

作者简介：王青，1985.10生；性别：男；汉，籍贯：陕西耀州；毕业于陕西能源职业技术学院；大专；助理工程师。