建立礦區工程基礎坐標系統的探討

【摘 要】通過對礦區現狀分析，說明建立礦區工程基礎坐標系統的必要性，以及優勢。理論上探討建立工程基礎坐標系統的可行性，利用現代測繪技術完全可實現理論方案。

【關鍵詞】工程基礎坐標系統；似大地水準面；水準測量

工程基礎坐標系統是礦業生產的一項重要基礎建設，建立礦區工程基礎坐標系統，是開發礦藏資源不可缺少的重要一環?；A坐標系統質量的好壞，將會直接影響礦區建設速度、效率、安全和工程質量，其具體表現在以下兩個方面：

（1）工程基礎坐標系統是測繪地形圖、地籍圖的基礎。在基礎坐標系統的控制下，應用現代測繪儀器可以便捷地測定特征點的三維坐標（平面坐標和高程坐標）。測繪的地形圖、地籍圖能相互拼接并保持精度均勻，不致發生重測、漏測的現象。

（2）工程基礎坐標系統是礦區各種工程測量的基礎。在礦區建設和生產的各個階段，都要進行各種工程測量。如建筑物的放樣，大型設備安裝，井上下聯系測量，貫通測量，井塔變形監測，采空區的地表移動觀測，鐵路地基變形監測，鉆孔定位，等等。建立基礎坐標系統，既可以保證各種工程測量的成果精度，又使測量工作的組織簡單易行。

下面以濟寧二號煤礦為例，進一步探討建立礦區工程基礎坐標系統的方法。濟寧二號煤礦位于山東省濟寧市任城區兗新鐵路以南，東西寬10km，南北長6~11km，面積約為90 。本礦區屬于平原地形，井田內部地形平坦，地勢北高南低。地面標高在 左右，地勢坡度約為0.4‰，是一個由東北向西南逐漸降低的濱湖沖積平原。

礦區的平面四等控制網是以6個國家三等控制點（北京54系統）作為起算點，該網原為附和網，但由于起始數據仍采用三等三角點的坐標，精度較低。為滿足生產需要，又建立一套利用導線測量測得的自由網點（在西安80基礎上改造形成新北京54坐標系統）。因此，濟寧二號煤礦控制網目前有自由網和附和網兩套坐標，正常使用的是自由網。濟寧二號煤礦屬于新建礦井，涉及到多種坐標系統。由于過去礦區平面系統是采用導線測量的方法來建立的，精度較低，而且其坐標系統是依靠所測的導線點來維持的，由于地下開采以及周邊農村村民等的人為破壞，原傳遞坐標系統的控制點，多數已經丟失或移動，已不能對原有的坐標系統進行維持，不能保證礦井安全生產和建設的要求。重新建立浪費人力、物力、財力。一旦發生突發事件用過去常規方法建立的坐標系統將無法應付。因此建立礦區基礎坐標系統，以滿足日常工作要求，特別是滿足處理偶然事件或突發事件的要求，提高礦區控制網的安全性與可靠性是必要的。

1 常規方案存在的問題

建立井田控制的基本原則是：坐標系統統一、精度一致、密度均勻。應用常規方法建網，設計、施測等工作均按此原則進行，整網成果在短時間內也能達到這一原則要求。但是隨著時間的推移，由于采礦或其它人為因素的影響，控制網中的部分控制點受到不同程度的破壞，從而破壞了坐標系統的一致性與延續性，維持坐標系統的控制網也就失去了意義，這是常規方法致命的弱點。

如果要補充建網，就會出現有兩套坐標系統的情形；如果要重新建網，不但有多套坐標系統的問題，而且還存在需要經常重復建網的問題。否則，一旦發生突發事件，用常規方法或GPS定位方法均不便進行快速定位而難以應付。

濟寧二號煤礦的近井網已經遭受破壞，井田范圍控制網的部分控制點也已受到損毀，問題已經出現。為了工程建設和生產需要，為了避免常規建網方案存在的缺陷，必須采用新的技術、新的思路、新的方案。新的方案的基本思路是：通過建立基礎坐標系統，利用新的測量手段來保證整個礦區各項工程建設和生產需要。

2 新方法的利用

1、平面坐標系統是依靠少量的控制點（設計的主點）來維持的，且主點位于工業廣場和生活小區中，不易受到破壞且易于維護，即使部分控制點受到人為的破壞，利用GPS測量也比較容易恢復；另外，利用主點建立工程基礎坐標系統，可以對礦區范圍內任意點進行快速定位。主點網是礦區平面基礎坐標系統的主要組成部分，是實地基礎坐標系統的具體體現，起保持基礎坐標系統的作用。利用主點網可以對副點網的變形情況進行定期監測，保證礦井建設的順利進行與安全生產；當副點網遭受破壞時，可以由主點網恢復，避免了從國家控制網上引測，因而可節省大量的人力、物力和財力。主點網保持平面坐標系統基準（坐標、方位和距離基準）并提供常規高程測量起算點。

2、建立高程坐標系統的必要性。

根據方案設計，在建立礦區高程坐標系統、形成礦區的似大地水準面模型工作中，按照規范要求，每個GPS水準點的控制范圍約為1~2 時，測區內可以滿足至少四等水準測量的要求。因此，在測區范圍內布設約50個GPS水準聯測點，水準測量按三等水準測量要求施測。起始高程點采用工業廣場和小區內的3個二等水準點。50個GPS水準聯測點較為均勻地分布于整個礦區，平均距離1.5公里左右。其中，有6個國家三等控制點也作為GPS水準聯測點，目的是為了確定與礦區原有坐標之間的轉換參數。

3、應用GPS技術建立工程基礎坐標系統的主要工作內容

（1）應用GPS技術建立濟寧二號煤礦工程基礎平面坐標系統：2000國家大地坐標系統；

（2）將濟寧二號煤礦的原有控制點進行坐標系統換算；

（3）應用GPS技術建立濟寧二號煤礦工程基礎高程系統，確定似大地水準面的曲面模型。

4、濟寧二號煤礦工程基礎坐標系統的技術方案

（1）布設GPS主點網（8個主點）和副點網（2個副點），布設GPS高程網（由48個水準聯測點組成）；

（2）GPS外業觀測；

（3）GPS內業數據處理；

（4）精密水準測量；

（5）精密水準測量內業數據處理；

（6）建立測區似大地水準面曲面模型；

（7）計算濟寧二號煤礦原有平面坐標系統與新的平面坐標系統的轉換參數；（8）原有控制點資料的坐標系統換算；

（9）濟寧二號煤礦工程基礎坐標系統的技術總結。

3 建立工程基礎坐標系統的優越性表現在如下幾個方面

1、多用途

應用GPS技術建立起來的工程基礎坐標系統，提供平面測量基準，坐標、方位和距離；以WGS-84地球橢球為基準，提供礦區似大地水準面。它們是礦區地形測量、地籍測量圖根控制的基礎，是采區地表沉降觀測、鐵路地基沉降監測、井塔沉降變形監測的基礎，是各種工程測量的基礎，是鉆孔精確定位的基礎。能滿足礦區安全生產對測繪的要求。

2、易保護

應用GPS技術建立的工程基礎坐標系統，由一組GPS點保持。這些GPS點只需要開闊的天空，不需要相互通視；可以建立在長期固定的建筑物、構筑物上或者在它們的附近，便于長期保護不受破壞?；A高程系統，既由一組GPS點保持，又通過WGS-84地球橢球面保持；因此，即使一組GPS全部遭受破壞，基礎高程系統也不會被破壞。

3、施測靈活

保持工程基礎坐標系統的GPS點，由6~8個主點和2~3個副點組成。主點作為永久性控制點保持平面坐標系統（坐標、方位和距離基準）、高程坐標系統，提供常規高程測量起算點；副點（經常性使用控制點）提供常規平面測量的后視方向和起算基準。副點建立在標志性建筑物上，相互通視，便于常規觀測；副點一旦遭受破壞，可以由主點恢復。建立起工程基礎坐標系統后，既可以用GPS技術進行各種測量工作，又可以為常規測量工作提供基礎數據。

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