探讨GPS在矿山地形控制测量中的运用

【摘 要】GPS测量在范围相对较大的高精度控制网和城市控制网以及工程控制网创建过程中发挥关键性作用，而且也慢慢取代以往的三角测量与导线测量创建控制网的技术，特别是在河道测图和管线测量以及山区矿区的测绘等方面应用十分广泛。因为受到地形的制约，所以测量控制网主要以非常规的方式进行布设，同时需要穿过山林等，已知点相对比价少，从而在网形布设和误差控制以及测量区作业等方面存在严峻问题。对此，分析与探讨GPS在矿山地形控制测量中的应用有着深远意义。

【关键词】GPS技术;矿山地形;控制测量

地形测量为一项十分复杂和繁重的工程项目，且对于精度要求十分高，其主要目的就是为城市和各种工程项目及矿区提供各种比例尺的地形图，进而确保安全和精确的生产及生活。而GPS并未应用在地形控制测量之前，一般是利用测距仪和经纬仪等相关仪器完成范围相对较小的局部测量工作，其精度严重受到制约，同时消耗的人力和财力以及物力资源相对比较大。GPS就是全球定位系统，应用的方面十分广泛，可以提供连续高精度和全天候的三维实时定位，同时GPS操作相对简单，测站间不需要通视，利用介导设备和空间星座及地面监控等相互合作，可以完成有效测量，其在军事和气象以及矿区地形测量方面普遍应用。为了能够深入了解GPS（全球定位系统）在矿区地形控制测量中的应用，重点分析了GPS技术原理，进而为在矿区地形控制测量领域中的应用提供技术参考。

1 GPS技术原理分析

1.1 GPS卫星定位原理分析

无线电的导航定位系统和卫星激光的测距定位系统中的定位原理主要是应用测距交会基本原理，明确点位。把无线电信号相应发射台从地面上移至卫星上，从而构成卫星的导航定位系统，利用无线电的测距交会基本原理，就能够利用三个之上的地面已知点交会出相应的卫星位置，同时还可以应用三个之上的卫星空间位置有效交会出地面的未知点位置，这就是GPS卫星的定位原理。在进行GPS定位过程中，GPS卫星作为高速运转的卫星，该坐标值会随着时间不断变化，要利用实时GPS卫星信号有效测量出测站到卫星之间的距离，并且实时卫星中的导航电文要解算出卫星的具体坐标值，实现测站点的有效定位。根据测距基本原理，该定位原理和方式一般具备距法定位和载波相位的测量定位及差分GPS定位等多种。针对待定点而言，依据该运动状态能够把GPS定位分成静态定位及动态定位。其中静态定位主要指相关固定不动待定点，把GPS接收机设置在该点上，然后观测几分钟甚至更长时间，从而明确此点的三维坐标，还称之为绝对定位。如果利用两台GPS接收机分别设置两个固定不变化的待定点中，就需要经过一定时间进行观测，从而明确两个待定点间的相对位置，称之为相对定位。另外，动态定位必须至少要求一台接收机处在运用状态，主要测定各个观测时刻运动过程中的接收机点位。

1.2 差分原理分析

差分技术早期就已经应用。例如相对定位过程中，在某个测站中针对两个观测目标实现观测，把观测值进行求差，或是在两个测站中利用一个目标实现观测，然后对观测值进行求差。这样做的目的就是有效消除公共误差，在一定程度上提升定位精度。充分利用求差过后的观测值有效解算出两观测站间基线向量，此种差分技术已可以应用在静态相对定位中。在GPS定位过程中，主要存在三方面的误差，首先是多台接收机的公有误差，比如说卫星的时钟差和星历误差，其次是传播延迟误差，例如说电离层误差和对流程误差，最后是接收机的固定误差，比如说通道延迟和多路径效应。利用差分定位，能够完全消除第一部分存在的误差，还能够有效消除一些第二部分误差。

2 GPS地形控制测量实施

2.1 观测方式

在GPS观测之前，应该检查星历和图形强度因子的PDOP数值，若是点位的观测条件不良或是PDOP数值接近6或是同步边相对比较长时，就应该合理延长观测时间，在PDOP数字发生急剧变化时，就要停止数据记录，等到降至正常数值时才可以进行观测，从而可以保证基线向量准确性与正确解。各个时段观测的前后量应该选择天线高1次，两次量取的天线相关高差不可以超过3mm，同时选择平均数值当作最后的天线高。另外，在开机之后一定要认真记录测量手簿，在GPS接收机进行信息数据的采集过后，要时刻注意接收机具体工作状态，比如PDOP和接受信号种类以及数量等，若是发现异常一定要及时处理。在接收机进行观测时禁止靠近接收机，并且不可应用对讲机和手机等，在雷雨季节一定要注意防雷。同时观测人员不可离开观测站，避免任何其他物体发生振动或是遮挡卫星信号。在每天观测结束之后，应该及时把信息数据存储或是备份，保证观测数据不会发生丢失。

2.2 基线向量解算

因为所有GPS接收机需要同步进行信息数据采集，且基线向量相对比较多，GPS静态之后要打开平差软件，并且创建对应的平差文件名。然后调入有关GPS的观测信息数据，首先要完成所有基线的自动解算，依据观测矢量图明确基线观测和计算是否已经完全。其次要依据自动计算的相关结果，进行分析和判断数据段，经过人工定位基准星，然后删除坏星与不好的信息数据，或是重新安排采样时间间隔与采样卫星的高度角，并且单独重解部分基线，同时参与平差相关基线整数解全部可超过3.

2.3 GPS网平差计算和精度分析

GPS网要先完成三维无约束平差，需要在近似WGS-84的坐标系中完成。而无约束平差的主要目的就是提供全网平差之后近似WGS-84坐标系的三维坐标，并且考察GPS网是否存在残余粗差基线向量，如表1所示。

表1 矿区 GPS 控制网平差精度表

从上表中能够看出，最弱点中误差和最弱边的相对中误差以及最弱点的高程中误差素质，全部小于GB/T18341-200中相关规定需求，其中最弱点的误差是±10cm，而最弱边的相对中误差是1/40000，另外，最弱点的高程中误差是±500X1/20=±25cm。此网因为短边长相对比较多，总共有18条边并未超过1000m，而最短边为G32-G34（484.853m），而最长边为G19-G32（4003.480m）。另外，短边长数约是总边长数13.7%，因此相对中误差比较低，可是在点位中的误差精度方面而言，此网的二维玉树平差的精度已经可以满足E级GPS网的相关精度需求。

3 结束语

GPS并不需要点和点间的通视，就能够实现大面积和大范围的矿区地形测量，同时也是矿体分布在山间和洼地且不相连的矿山测量变得简单。同时在经济方面而言，GPS的定位技术与普通测量方式可以节省人力和财力与物力。因此，GPS技术在矿区地形测量中具备推广的价值。

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