礦區GPS控制網的設計方案選擇探討

趙軍波

（冀中能源股份有限公司葛泉礦，河北省邢臺市，054102）

1 控制網等級的比較

能源煤總 〔1989〕25 號 《煤礦測量規程》第10條款規定，礦區控制網的等級為三等、四等、一級、二級分四級；GB／T 18314—2009 《全球定位系統 （GPS）測量規范》第5.1條款規定，GPS測量按照精度和用途分A、B、C、D、E 五級；GB／T 18341—2001 《地質礦產勘查測量規范》第4.6.1.3條款規定GPS 控制網為三等、四等、一級、二級四級；GB50026-2007 《工程測量規范》第3.2.7條款規定GPS控制網為二等、三等、四等、一級、二級分五級。

可見，對于GPS控制網等級的規定，其他幾個規范是繼承傳統規定的，而 《全球定位系統（GPS）測量規范》則有所不同，如何對應呢？如果僅按照規范規定的控制網設計邊長長度來比較的話，三等控制網可以對應D 級GPS控制網，四等控制網可以對應E 級GPS 控制網。但如果按照《全球定位系統 （GPS）測量規范》第5.3 條款規定，用于建立三等大地控制網，以及建立區域、城市及工程測量的基本控制網等的GPS測量，應滿足C級GPS測量的精度要求；用于建立四等大地控制網的GPS測量應滿足D 級GPS測量的精度要求。可見GPS控制網精度要求要比過去常規測量等級提高一級。故對于礦區首級控制網通常應采用D 級，加密控制網應采用E級。

2 邊長或基線長度的比較

《煤礦測量規程》中控制網為常規三角網和導線網，第11 條規定了三等三角網的邊長為5～9km，四等三角網的邊長為2～5km。礦區三角控制網技術要求及精度規定見表1。

表1 礦區三角控制網技術要求及精度規定

《全球定位系統 （GPS）測量規范》5.2.2條規定：D 級GPS控制網的基線平均邊長5km，E級GPS控制網的基線平均邊長3km。GPS控制網技術要求及精度規定見表2。

在6.1.4條規定各級GPS網點位應均勻分布，相鄰點間距最大不宜超過該網平均點間距的2倍。在12.3.3—d條又規定：B、C級GPS網，基線解算可采用雙差解、單差解。D、E級GPS網根據基線長度允許采用不同的數據處理模型。但長度小于15km 的基線應采用雙差固定解。長度大于15km的基線可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇最優結果。

《地質礦產勘查測量規范》4.6.1.3 條規定三等GPS控制網的基線邊5～8km，四等GPS控制網的基線邊2～5km。各等級GPS網的主要技術指標見表3。

《工程測量規范》規定三等GPS控制網的平均邊長4.5km，四等控制網的平均邊長2km。GPS測量控制網的主要技術要求見表4。

表2 《全球定位系統 （GPS）測量規范》的技術及精度要求

表3 《地質礦產勘查測量規范》的技術及精度要求

表4 《工程測量規范》的技術及精度要求

通過比較，可以發現 《全球定位系統 （GPS） 測量規范》規定的D 級網設計邊長可以和其他規范的三等控制網相近，E級網設計邊長可以和其他規范的四等控制網相近；而且GPS控制網在覆蓋礦區范圍內，D 級網設計邊長可以達到10km，E級網設計邊長可以達到6km，外圍聯測邊可以超過15km 以上。這對于聯測外圍較遠已知點時，可以節省工作量。而其他規范則無此規定或沒有做出明確規定。

3 邊長相對誤差的比較

從表1～表4可以看出， 《煤礦測量規程》規定三等三角網的邊長相對誤差的限差為1／80000，四等為1／40000。 《全球定位系統 （GPS）測量規范》規定D 級和E級GPS控制網的基線相對誤差的限差均為1／100000。 《地質礦產勘查測量規范》規定三等GPS 控制網的基線相對誤差的限差為1／80000，四等為1／40000。《工程測量規范》規定三等GPS 控制網的基線相對誤差的限差為1／70000，四等為1／40000。

通過比較可以發現 《全球定位系統 （GPS）測量規范》要求的控制網設計邊長可以縮短，但對基線相對誤差的精度要求卻提高了，而這恰恰是GPS測量方法的優勢。

4 閉合環或附合路線的邊數比較

從表1～表4還可以看出，閉合環或附合路線的邊數最大值情況。 《全球定位系統 （GPS）測量規范》規定D 級GPS控制網為8條基線，E 級為10條基線； 《地質礦產勘查測量規范》規定三等GPS控制網為6 條，四等為8 條； 《工程測量規范》規定各等級GPS控制網均為6條。而 《煤礦測量規程》第11條款規定三等附 （閉）合導線長度為15km，邊長長度為2～5km；四等附 （閉）合導線長度為10km，邊長長度為1～2km。推導出閉合環或附合路線的邊數最大值為三等導線網8條，四等導線網為10條。

過去很多農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有水位控制系統，工程管理人員較多，工程管理難度較大。針對農村飲水工程點多、面廣、線長和水源距離遠、管線跨度大、供水點情況不同的實際情況，寧夏大膽引入先進的信息科技，加強工程硬件設施建設，如聯戶水表井、自動化控制系統等，逐步破解管理難題。

通過比較，可以發現在閉合環或附合路線的邊數最大值的規定上， 《全球定位系統 （GPS）測量規范》是最接近 《煤礦測量規程》的。

5 外業觀測技術要求比較

眾所周知 《煤礦測量規程》中常規三角網和導線網，在外業觀測作業方面無論是觀測時間、通視條件、氣象條件都和GPS作業是沒有優勢可比的。

《全球定位系統 （GPS）測量規范》第10.1.2條規定：D 級GPS控制網基線觀測時間時段長度大于60min，E級大于40min；D 級衛星截止高度角大于15°，E 級大于15°；有效觀測衛星總數D級大于4顆，E級大于4顆；對點位幾何圖形強度因子則無要求。

《地質礦產勘查測量規范》4.6.4.4 條規定GPS 控制網基線觀測時間時段長度三等大于60min，四等大于45 min；三等衛星截止高度角大于15°，四等大于15°；有效觀測衛星總數三等大于4顆，四等大于4顆；點位幾何圖形強度因子三等小于6，四等小于6。

《工程測量規范》第3.2.7條規定三等GPS控制網基線觀測時間時段長度為20～60 min，四等為15～45min；三等衛星截止高度角大于15°，四等大于15°；有效觀測衛星總數三等大于4顆，四等大于4顆；點位幾何圖形強度因子三等小于8，四等小于8。

通過上述各項的比較，設計時引用適當的規范很重要，例如賀莊礦GPS控制網，礦區面積不到20km2，在礦區內新建立了6個首級控制點，礦區內平均基線長度4km 左右，但由于3個已知控制點 （C190、B1177、B1173）距離礦區較遠，分別為9km，13km、22km，見圖1。可見引用 《全球定位系統 （GPS）測量規范》就合適，與已知點的聯測邊可以一次到位。而引用其他規范就明顯不適宜了，由于受到基線邊長最大值10km 的限制，就肯定要增加工作量了。

圖1 賀莊礦GPS控制網

再例如磁西一號勘查區GPS控制網，礦區面積近60km2，在礦區內新建立了14 個首級控制點，礦區內平均基線長度也在4km 左右，由于3個已知聯測點 （D 東古佛、C 鳳凰臺、D 北郭村）均在測區內，與已知點的聯測邊都為4km 左右，見圖2。則引用上述3個規范都是可以的。

圖2 磁西一號勘查區GPS控制網

6 高程控制的比較

對于高程控制測量，根據 《煤礦測量規程》第30條款規定礦區首級控制應采取三、四等水準測量；第32條款規定各等水準網中最弱點的高程中誤差 （相對于起算點）不得大于±20mm；平差后每公里高差中數中誤差三等不大于6mm，四等不大于10mm。

而現在執行的GB／T12898-2009 《國家三四等水準測量規范》只有第4.2條規定：每公里水準測量的偶然中誤差MΔ三等不超過3.0mm，四等不超過5.0 mm；全中誤差Mw三等不超過6.0 mm，四等不超過10.0mm。對于最弱點的高程中誤差和平差后每公里高差中數中誤差則無規定。

對于GPS高程， 《地質礦產勘查測量規范》5.1.1條款規定：測區高程基本控制應為三、四等水準或四等光電測距高程導線。當利用GPS進行高程測量時，經計算分析符合四等水準測量精度要求時，可以代替相應等級的水準測量。5.1.2條款規定：各等級水準網 （光電測距導線、GPS 高程測量）最弱點高程中誤差，對起始點不大于0.05m。5.1.3條款規定：各等級三角點 （導線點）、GPS點的高程，采用水準、光電測距高程導線、GPS高程測定或三角高程測定，其高程中誤差不大于1／20 等高距；當采用0.5 m 等高距時，不大于1／10等高距。

而《工程測量規范》對于GPS高程，未規定最弱點高程中誤差的限差值。在4.4.1 條款中規定：GPS擬合高程僅適用于平原或丘陵地區的五等級以下等級高程測量。

可見同樣是三四等水準測量，在精度要求上2009版 《國家三四等水準測量規范》要比 《煤礦測量規程》規定條款少。而 《地質礦產勘查測量規范》高程測量精度要比 《國家三四等水準測量規范》要求寬松。如想采用GPS高程作業，則 《工程測量規范》不宜引用。

7 結語

通過上述比較，對于礦區GPS 控制網設計，可以得出一些比較結果。平面控制網應引用 《全球定位系統 （GPS）測量規范》，具體設計時，為方便生產礦井的實際使用，控制網基線邊長可以適當減短，而邊長相對精度可以不降低。通過大量的實際生產經驗，基線邊大于2km 時，觀測時間大于60min，其邊長相對精度均可以滿足1／100000的精度要求。而且外圍聯測邊長的放寬，對于聯測較遠的已知點，可以減少野外實際的工作量。高程控制網，如采用三等水準，則應引用 《國家三四等水準測量規范》，如采用四等水準，在平原和丘陵地區，則可以采用 《地質礦產勘查測量規范》GPS擬合高程測量方法。

［1］ 張耘娟，王東軍.礦區GPS控制網聯測方法及成果分析 ［J］.礦山測量，2008 （4）

［2］ 六績成，王湘株.水準聯測與GPS高程擬合平差的點滴體會 ［J］.江西測繪，2009 （2）

［3］ 唐偉靖.礦區首級GPS 控制網的建立及精度分析［J］.科技廣場，2012 （10）

［4］ 張耘娟，王東軍.礦區GPS控制網聯測方法及成果分析 ［J］.礦山測量，2008 （4）

［5］ 周克清，溫德華，馮小勤等.大屯礦區GPS控制網高程擬合與坐標變換 ［J］.礦山測量，2008 （1）

［6］ 曾紹炳，李剛鋒.某煤礦礦區GPS控制網的優化設計［J］.煤炭工程，2007 （10）

［7］ 傅榮杰.GPS控制網在礦區的實踐與成果分析探討［J］.硅谷，1012 （2）