GPS控制網在礦業權核查中的應用

凌化超,趙金生

(山東理工大學建筑工程學院,山東 淄博 255091)

隨著GPS定位技術的不斷完善和普及,GPS已基本取代常規控制網布網方式[1].GPS控制網的精度與控制網網型、布網方式、觀測精度、數據處理模型選擇及起算點的精度等因素有關[2-3].在實際應用中,如果出現GPS控制網的網型不合理、邊長不滿足規范要求、控制點不兼容等情況,會使整個GPS控制網精度降低.本文以某礦權屬核查工程控制網的布設為例,提出了此種情況下基于附合導線的GPS控制網布網方式,并對這種布網方式達到的精度進行探討.

1 GPS網的設計標準

1.1 GPS測量精度標準

GPS網的精度設計主要取決于網的用途.用于全球性地球動力學、地殼形變及國家基本大地測量的GPS網可參照《全球定位系統(GPS)測量規范》中AA、A、B級的精度分級[4],用于城市或工程的GPS控制網可根據相鄰點的平均距離和精度參照《全球定位系統城市測量技術規程》中的二、三、四等和一、二級,見表1[5].

表1 GPS測量精度分級

1.2 GPS點的密度標準[6]

不同的任務要求和用途,對GPS點的分布要求不同.《全球定位系統(GPS)測量規范》中對GPS網中兩相鄰點距離根據其需要作出了規定,相鄰點間的最小距離可為平均距離的1/3～1/2;最大距離可為平均距離的2～3倍.見表2.

表2 GPS網中相鄰點間的平均距離 km

1.3 GPS控制網的構網方式

GPS網的布設是將各同步圖形合理地銜接成一個有機的整體,使之達到精度高,可靠性強,且工作量和費用少的要求.按網的構成形式可分為星形網、點連式網、邊連式網、導線網形連接網等.

2 GPS控制網布設及算例分析

2.1 GPS控制網布設

在某地區礦業權核查中,由于該地區礦業權比較分散,如果在每個礦山上做一組高等級控制點,就會造成在布設靜態控制網時一部分邊長非常短,只有100m左右,而另一部分邊長很長,達到了幾千米,布設的控制網明顯不滿足規范的要求.本文根據實際情況布設了快速觀測點連式控制網,將高等級控制點布設在控制網前進的路線上,在滿足控制點兼容的前提下分析了所布設控制網的精度.控制網圖如圖1所示.

圖1 布設的控制網圖

2.2 GPS控制網數據處理

由于用GPS測算并經檢核后的合格基線相對精度較高,作為強制約束平差GPS測量控制網的地面起算點應有較好的兼容性,否則會使得控制網產生扭曲和變形[7-8],本次礦區收集到的平面已知點共5點.為了探討控制點的分布及兼容性對基于附合導線的GPS控制網精度的影響,分四種情況研究.

情形1 不考慮控制點的分布及兼容性,選取全部5個已知點作為控制點進行網平差計算,對點位x、y方向偏差和點位平面、高程中誤差進行了統計.由于三角網的邊長相差太大,造成整個控制網成一條附合導線,根據GPS控制網形狀,本文選用了導線附近的控制點,這樣就構成了基于附合導線的GPS控制網.在這種情況下平面精度可以達到1.1cm,由于選用的控制點較多,高程中誤差為4.31mm,均滿足工程實際要求.由圖2可知,該種布網方式的誤差出現了累積.且在已知控制點兩側是均等的.

表3 選用控制點時點位X、Y方向偏差及平面、高程中誤差統計表 (mm)

情形2 對已知控制點進行兼容性檢驗,剔除與其他點不兼容的CJIA點,然后進行網平差計算.對平差的中誤差進行了匯總,如表4和圖3所示,平面中誤差為9.03mm,明顯比上面那種情況好,但是由于少了一個點,點位高程中誤差精度降低.點位平面、高程中誤差的波動變小.

表4 考慮控制點 x、y方向偏差及平面、高程中誤差統計表 mm

表5 選用4個控制點點位 x、y方向偏差及平面、高程中誤差統計表 mm

情形3 不考慮控制點的兼容性,僅考慮控制點的空間分布,剔除ONYJ點進行網平差計算.根據控制網圖可知,此時選擇的四個控制點是能夠很好覆蓋本測區的控制點,進行網平差計算,對平差的中誤差匯總,如表5和圖4所示,平面中誤差為9.88 mm,高程精度較第二種情況提高了1mm.

情形4 同時考慮控制點的兼容性及控制點的空間分布,采用OCJZ點和OGJL點作為平面控制點,采用全部控制點的高程進行高程擬合,然后進行網平差計算.從表6和圖5中可以看出,在考慮到控制點的空間分布及數據兼容性后,平面精度為5.49 mm,高程精度為2.89mm,GPS控制網的精度和其他幾種情形相比有明顯提高.

圖2 選用5個控制點點位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

圖3 選用4個控制點點位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

圖4 選用4個控制點點位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

圖5 選用4個控制點點位x、y方向偏差及平面、高程中誤差分布圖

表6 選用2個控制點點位x、y方向偏差及平面、高程中誤差統計表 mm

3 結束語

1)在邊長條件不滿足工程規范要求時,基于附合導線的GPS控制網布網方式可有效減少誤差的傳遞與積累,并解決了常規GPS控制網布網方式精度不高的弊端,可滿足實際工程精度要求.

2)在進行GPS網平差及高程擬合過程中,必須對已知控制點空間分布及數據兼容性進行檢查.在檢查時,可以將平面數據和高程數據兼容性分開進行,選擇合適的平面及高程已知數據作為約束條件,可以避免GPS控制網產生扭曲和變形,提高GPS控制網精度.

3)基于附合導線的GPS控制網布網方式靈活多變,可以節省大量人力、物力、財力,且精度較高,具有較好應用前景.

[1]張勤,李家權.GPS測量原理及應用[M].北京,科學出版社,2005.

[2]黃聲享,郭英起,易慶林.GPS在測量工程中的應用[M].北京:測繪出版社,2007.

[3]田建波.GPS控制網的布設研究[D].鄭州:中國人民解放軍信息工程大學,2002.

[4]韋志文.GPS控制網的布設與數據質量保證的探討[J].大地測量與地球動力學,2007,27(6):52-55.

[5]全球定位系統(GPS)測量規范.GB/T 18314-2001[S].

[6]工程測量規范.GB50026-93[S].

[7]鐘建,張先宇,牛效里,等.GPS在礦區高程控制中的研究與應用[J].煤炭技術,2009,28(7):140-141.

[8]胡新玲,譚世波.GPS網中已知點兼容性檢驗的探討[J].測繪科學,2009,34(4):103-104.