礦區(qū)GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案選擇探討

趙軍波

（冀中能源股份有限公司葛泉礦，河北省邢臺(tái)市，054102）

1 控制網(wǎng)等級(jí)的比較

能源煤總 〔1989〕25 號(hào) 《煤礦測(cè)量規(guī)程》第10條款規(guī)定，礦區(qū)控制網(wǎng)的等級(jí)為三等、四等、一級(jí)、二級(jí)分四級(jí)；GB／T 18314—2009 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》第5.1條款規(guī)定，GPS測(cè)量按照精度和用途分A、B、C、D、E 五級(jí)；GB／T 18341—2001 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》第4.6.1.3條款規(guī)定GPS 控制網(wǎng)為三等、四等、一級(jí)、二級(jí)四級(jí)；GB50026-2007 《工程測(cè)量規(guī)范》第3.2.7條款規(guī)定GPS控制網(wǎng)為二等、三等、四等、一級(jí)、二級(jí)分五級(jí)。

可見(jiàn)，對(duì)于GPS控制網(wǎng)等級(jí)的規(guī)定，其他幾個(gè)規(guī)范是繼承傳統(tǒng)規(guī)定的，而 《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》則有所不同，如何對(duì)應(yīng)呢？如果僅按照規(guī)范規(guī)定的控制網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)長(zhǎng)度來(lái)比較的話，三等控制網(wǎng)可以對(duì)應(yīng)D 級(jí)GPS控制網(wǎng)，四等控制網(wǎng)可以對(duì)應(yīng)E 級(jí)GPS 控制網(wǎng)。但如果按照《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》第5.3 條款規(guī)定，用于建立三等大地控制網(wǎng)，以及建立區(qū)域、城市及工程測(cè)量的基本控制網(wǎng)等的GPS測(cè)量，應(yīng)滿足C級(jí)GPS測(cè)量的精度要求；用于建立四等大地控制網(wǎng)的GPS測(cè)量應(yīng)滿足D 級(jí)GPS測(cè)量的精度要求。可見(jiàn)GPS控制網(wǎng)精度要求要比過(guò)去常規(guī)測(cè)量等級(jí)提高一級(jí)。故對(duì)于礦區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)通常應(yīng)采用D 級(jí)，加密控制網(wǎng)應(yīng)采用E級(jí)。

2 邊長(zhǎng)或基線長(zhǎng)度的比較

《煤礦測(cè)量規(guī)程》中控制網(wǎng)為常規(guī)三角網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)，第11 條規(guī)定了三等三角網(wǎng)的邊長(zhǎng)為5～9km，四等三角網(wǎng)的邊長(zhǎng)為2～5km。礦區(qū)三角控制網(wǎng)技術(shù)要求及精度規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 礦區(qū)三角控制網(wǎng)技術(shù)要求及精度規(guī)定

《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》5.2.2條規(guī)定：D 級(jí)GPS控制網(wǎng)的基線平均邊長(zhǎng)5km，E級(jí)GPS控制網(wǎng)的基線平均邊長(zhǎng)3km。GPS控制網(wǎng)技術(shù)要求及精度規(guī)定見(jiàn)表2。

在6.1.4條規(guī)定各級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)位應(yīng)均勻分布，相鄰點(diǎn)間距最大不宜超過(guò)該網(wǎng)平均點(diǎn)間距的2倍。在12.3.3—d條又規(guī)定：B、C級(jí)GPS網(wǎng)，基線解算可采用雙差解、單差解。D、E級(jí)GPS網(wǎng)根據(jù)基線長(zhǎng)度允許采用不同的數(shù)據(jù)處理模型。但長(zhǎng)度小于15km 的基線應(yīng)采用雙差固定解。長(zhǎng)度大于15km的基線可在雙差固定解和雙差浮點(diǎn)解中選擇最優(yōu)結(jié)果。

《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》4.6.1.3 條規(guī)定三等GPS控制網(wǎng)的基線邊5～8km，四等GPS控制網(wǎng)的基線邊2～5km。各等級(jí)GPS網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

《工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定三等GPS控制網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)4.5km，四等控制網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)2km。GPS測(cè)量控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求見(jiàn)表4。

表2 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》的技術(shù)及精度要求

表3 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》的技術(shù)及精度要求

表4 《工程測(cè)量規(guī)范》的技術(shù)及精度要求

通過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn) 《全球定位系統(tǒng) （GPS） 測(cè)量規(guī)范》規(guī)定的D 級(jí)網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)可以和其他規(guī)范的三等控制網(wǎng)相近，E級(jí)網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)可以和其他規(guī)范的四等控制網(wǎng)相近；而且GPS控制網(wǎng)在覆蓋礦區(qū)范圍內(nèi)，D 級(jí)網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)可以達(dá)到10km，E級(jí)網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)可以達(dá)到6km，外圍聯(lián)測(cè)邊可以超過(guò)15km 以上。這對(duì)于聯(lián)測(cè)外圍較遠(yuǎn)已知點(diǎn)時(shí)，可以節(jié)省工作量。而其他規(guī)范則無(wú)此規(guī)定或沒(méi)有做出明確規(guī)定。

3 邊長(zhǎng)相對(duì)誤差的比較

從表1～表4可以看出， 《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定三等三角網(wǎng)的邊長(zhǎng)相對(duì)誤差的限差為1／80000，四等為1／40000。 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》規(guī)定D 級(jí)和E級(jí)GPS控制網(wǎng)的基線相對(duì)誤差的限差均為1／100000。 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》規(guī)定三等GPS 控制網(wǎng)的基線相對(duì)誤差的限差為1／80000，四等為1／40000。《工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定三等GPS 控制網(wǎng)的基線相對(duì)誤差的限差為1／70000，四等為1／40000。

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn) 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》要求的控制網(wǎng)設(shè)計(jì)邊長(zhǎng)可以縮短，但對(duì)基線相對(duì)誤差的精度要求卻提高了，而這恰恰是GPS測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)。

4 閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)比較

從表1～表4還可以看出，閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)最大值情況。 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》規(guī)定D 級(jí)GPS控制網(wǎng)為8條基線，E 級(jí)為10條基線； 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》規(guī)定三等GPS控制網(wǎng)為6 條，四等為8 條； 《工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定各等級(jí)GPS控制網(wǎng)均為6條。而 《煤礦測(cè)量規(guī)程》第11條款規(guī)定三等附 （閉）合導(dǎo)線長(zhǎng)度為15km，邊長(zhǎng)長(zhǎng)度為2～5km；四等附 （閉）合導(dǎo)線長(zhǎng)度為10km，邊長(zhǎng)長(zhǎng)度為1～2km。推導(dǎo)出閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)最大值為三等導(dǎo)線網(wǎng)8條，四等導(dǎo)線網(wǎng)為10條。

過(guò)去很多農(nóng)村飲水工程硬件不配套，工程建成后一些群眾在水表前加三通或其他方式偷水，還有的工程高位蓄水池沒(méi)有水位控制系統(tǒng)，工程管理人員較多，工程管理難度較大。針對(duì)農(nóng)村飲水工程點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng)和水源距離遠(yuǎn)、管線跨度大、供水點(diǎn)情況不同的實(shí)際情況，寧夏大膽引入先進(jìn)的信息科技，加強(qiáng)工程硬件設(shè)施建設(shè)，如聯(lián)戶水表井、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等，逐步破解管理難題。

通過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn)在閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)最大值的規(guī)定上， 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》是最接近 《煤礦測(cè)量規(guī)程》的。

5 外業(yè)觀測(cè)技術(shù)要求比較

眾所周知 《煤礦測(cè)量規(guī)程》中常規(guī)三角網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)，在外業(yè)觀測(cè)作業(yè)方面無(wú)論是觀測(cè)時(shí)間、通視條件、氣象條件都和GPS作業(yè)是沒(méi)有優(yōu)勢(shì)可比的。

《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》第10.1.2條規(guī)定：D 級(jí)GPS控制網(wǎng)基線觀測(cè)時(shí)間時(shí)段長(zhǎng)度大于60min，E級(jí)大于40min；D 級(jí)衛(wèi)星截止高度角大于15°，E 級(jí)大于15°；有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)D級(jí)大于4顆，E級(jí)大于4顆；對(duì)點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子則無(wú)要求。

《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》4.6.4.4 條規(guī)定GPS 控制網(wǎng)基線觀測(cè)時(shí)間時(shí)段長(zhǎng)度三等大于60min，四等大于45 min；三等衛(wèi)星截止高度角大于15°，四等大于15°；有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)三等大于4顆，四等大于4顆；點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子三等小于6，四等小于6。

《工程測(cè)量規(guī)范》第3.2.7條規(guī)定三等GPS控制網(wǎng)基線觀測(cè)時(shí)間時(shí)段長(zhǎng)度為20～60 min，四等為15～45min；三等衛(wèi)星截止高度角大于15°，四等大于15°；有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)三等大于4顆，四等大于4顆；點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子三等小于8，四等小于8。

通過(guò)上述各項(xiàng)的比較，設(shè)計(jì)時(shí)引用適當(dāng)?shù)囊?guī)范很重要，例如賀莊礦GPS控制網(wǎng)，礦區(qū)面積不到20km2，在礦區(qū)內(nèi)新建立了6個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)，礦區(qū)內(nèi)平均基線長(zhǎng)度4km 左右，但由于3個(gè)已知控制點(diǎn) （C190、B1177、B1173）距離礦區(qū)較遠(yuǎn)，分別為9km，13km、22km，見(jiàn)圖1。可見(jiàn)引用 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》就合適，與已知點(diǎn)的聯(lián)測(cè)邊可以一次到位。而引用其他規(guī)范就明顯不適宜了，由于受到基線邊長(zhǎng)最大值10km 的限制，就肯定要增加工作量了。

圖1 賀莊礦GPS控制網(wǎng)

再例如磁西一號(hào)勘查區(qū)GPS控制網(wǎng)，礦區(qū)面積近60km2，在礦區(qū)內(nèi)新建立了14 個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)，礦區(qū)內(nèi)平均基線長(zhǎng)度也在4km 左右，由于3個(gè)已知聯(lián)測(cè)點(diǎn) （D 東古佛、C 鳳凰臺(tái)、D 北郭村）均在測(cè)區(qū)內(nèi)，與已知點(diǎn)的聯(lián)測(cè)邊都為4km 左右，見(jiàn)圖2。則引用上述3個(gè)規(guī)范都是可以的。

圖2 磁西一號(hào)勘查區(qū)GPS控制網(wǎng)

6 高程控制的比較

對(duì)于高程控制測(cè)量，根據(jù) 《煤礦測(cè)量規(guī)程》第30條款規(guī)定礦區(qū)首級(jí)控制應(yīng)采取三、四等水準(zhǔn)測(cè)量；第32條款規(guī)定各等水準(zhǔn)網(wǎng)中最弱點(diǎn)的高程中誤差 （相對(duì)于起算點(diǎn)）不得大于±20mm；平差后每公里高差中數(shù)中誤差三等不大于6mm，四等不大于10mm。

而現(xiàn)在執(zhí)行的GB／T12898-2009 《國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》只有第4.2條規(guī)定：每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差MΔ三等不超過(guò)3.0mm，四等不超過(guò)5.0 mm；全中誤差Mw三等不超過(guò)6.0 mm，四等不超過(guò)10.0mm。對(duì)于最弱點(diǎn)的高程中誤差和平差后每公里高差中數(shù)中誤差則無(wú)規(guī)定。

對(duì)于GPS高程， 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》5.1.1條款規(guī)定：測(cè)區(qū)高程基本控制應(yīng)為三、四等水準(zhǔn)或四等光電測(cè)距高程導(dǎo)線。當(dāng)利用GPS進(jìn)行高程測(cè)量時(shí)，經(jīng)計(jì)算分析符合四等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求時(shí)，可以代替相應(yīng)等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量。5.1.2條款規(guī)定：各等級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng) （光電測(cè)距導(dǎo)線、GPS 高程測(cè)量）最弱點(diǎn)高程中誤差，對(duì)起始點(diǎn)不大于0.05m。5.1.3條款規(guī)定：各等級(jí)三角點(diǎn) （導(dǎo)線點(diǎn)）、GPS點(diǎn)的高程，采用水準(zhǔn)、光電測(cè)距高程導(dǎo)線、GPS高程測(cè)定或三角高程測(cè)定，其高程中誤差不大于1／20 等高距；當(dāng)采用0.5 m 等高距時(shí)，不大于1／10等高距。

而《工程測(cè)量規(guī)范》對(duì)于GPS高程，未規(guī)定最弱點(diǎn)高程中誤差的限差值。在4.4.1 條款中規(guī)定：GPS擬合高程僅適用于平原或丘陵地區(qū)的五等級(jí)以下等級(jí)高程測(cè)量。

可見(jiàn)同樣是三四等水準(zhǔn)測(cè)量，在精度要求上2009版 《國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》要比 《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定條款少。而 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》高程測(cè)量精度要比 《國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》要求寬松。如想采用GPS高程作業(yè)，則 《工程測(cè)量規(guī)范》不宜引用。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述比較，對(duì)于礦區(qū)GPS 控制網(wǎng)設(shè)計(jì)，可以得出一些比較結(jié)果。平面控制網(wǎng)應(yīng)引用 《全球定位系統(tǒng) （GPS）測(cè)量規(guī)范》，具體設(shè)計(jì)時(shí)，為方便生產(chǎn)礦井的實(shí)際使用，控制網(wǎng)基線邊長(zhǎng)可以適當(dāng)減短，而邊長(zhǎng)相對(duì)精度可以不降低。通過(guò)大量的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，基線邊大于2km 時(shí)，觀測(cè)時(shí)間大于60min，其邊長(zhǎng)相對(duì)精度均可以滿足1／100000的精度要求。而且外圍聯(lián)測(cè)邊長(zhǎng)的放寬，對(duì)于聯(lián)測(cè)較遠(yuǎn)的已知點(diǎn)，可以減少野外實(shí)際的工作量。高程控制網(wǎng)，如采用三等水準(zhǔn)，則應(yīng)引用 《國(guó)家三四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》，如采用四等水準(zhǔn)，在平原和丘陵地區(qū)，則可以采用 《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》GPS擬合高程測(cè)量方法。

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