鉛鋅礦區(qū)控制測量中GPS的應(yīng)用

王青

(陜西銀母寺礦業(yè)有限責任公司，陜西 鳳縣 721706)

一、GPS在礦區(qū)控制測量中應(yīng)用的特點

(一)控制測量方法

把GPS接收機(超過2臺)依次裝配于基線的各端點上，其中需要具有幾個已知點，對觀測站之間相對位置進行測量，通過已知點與每一觀測基線構(gòu)成GPS控制網(wǎng)，用相應(yīng)的軟件來對每一未知控制點坐標進行求解。

GPS技術(shù)的引入將傳統(tǒng)的作業(yè)方式替代，因觀測站相互間無須保持通視狀態(tài)，同時網(wǎng)形結(jié)構(gòu)比較靈活，所以，選點任務(wù)量明顯降低，非常方便;無須在儀器不能達到的區(qū)域設(shè)點，降低了勞動強度;同時還無須支付建立高標的費用，使得成本明顯減小。此外，該技術(shù)還有便于操作、觀測迅速、能夠24小時不間斷作業(yè)等諸多特征。

(二)鉛鋅礦礦區(qū)主要特點

該礦屬于井下開采礦山，由于地表人類活動頻繁，人口量大，這樣就很難保持測量控制點;該點服務(wù)于采區(qū)內(nèi)工程。另一方面，井下控制系統(tǒng)通過舊礦區(qū)四等控制點構(gòu)建近井點，利用聯(lián)系測量引入井下各中段，地面控制測量成果一定要和井下控制測量系統(tǒng)相符，唯有如此，才可以保證井下安全與每項地面工程的準確性。

二、靜態(tài)GPS控制測量檢測

(一)無約束條件下基線長度檢測

1.檢測結(jié)果

應(yīng)用南方北極星9600接收機(3臺)來進行地面靜態(tài)GPS控制測量，設(shè)站地點為井下控制系統(tǒng)起算邊的QCL和ZJ兩點，對基線精度進行檢定，并且還對其與國家四等控制網(wǎng)兼容性進行檢定，采集數(shù)據(jù)以后通過相應(yīng)的軟件加以處理，該環(huán)節(jié)僅輸入1個已知點，然后通過各種坐標系來求解;且邊長觀測主要通過徠卡全站儀來完成，對全站儀觀測平距進行二化改正，然后將結(jié)合和GPS基線長度及已知點坐標反算長度對比，結(jié)果表明，各個坐標系下向量方向值相符，與已知方向值的較差都是0.1d，另外，兩已知點的高差值同樣相符，接近國家控制網(wǎng)的高差值，兩者之間的差距只有6毫米。基本滿足精度要求。

2.無約束條件下靜態(tài)GPS測量應(yīng)用方式

測量過程中，為滿足相應(yīng)的精度要求，當只有一個已知點的時候，解算過程中利用西安80坐標系;或引入基于北京54坐標系的自定義坐標系，其參數(shù)設(shè)置使參考橢球面與礦區(qū)范圍內(nèi)的大地水準面吻合，充分確保解算成果和井下控制測量成果相一致。

(二)采用不同坐標系約束條件下基線長度

1.基線約束

即把實測的基線地面平距和兩個已知點反算的高斯平面距離進行比較，通過這種方法獲得約束比m，最終把全部觀測地面基線向高斯平面約束。國內(nèi)應(yīng)用的80西安或者54北京坐標系都是參心坐標系，而GPS定位則引入了地心空間直角坐標系。所以，必須細致分析參心與地心空間直角坐標系兩者間的轉(zhuǎn)換，從理論的層面進行分析，共有四個未知參數(shù)，必須有3個坐標系中的公共點來進行確定。需要注意的是，要是公共點超過兩個，那么就根據(jù)最小二乘準則計算。

2.坐標解算

由上文可知，測量過程中，要是應(yīng)用2個起算點，3臺GPS接收機同時觀測組成同步環(huán)的前提條件下，因為早就確定了轉(zhuǎn)換參數(shù)，基線距離按m來加以約束，所以，無論應(yīng)用哪一種坐標系，均不會干擾解算結(jié)果，以“南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件”錄入兩個已知點坐標來解算，獲得的未知點坐標保持相符，與上文分析保持一致。

三、在礦區(qū)的應(yīng)用模式分析

(一)精度指標的確定

國內(nèi)，GPS測量規(guī)范(1992年)主要把精度劃分成五級，A-E。通常情況下，A、B級往往為國家GPS控制網(wǎng)，而后三級主要是專門對局部性GPS網(wǎng)規(guī)定的。根據(jù)具體應(yīng)用中邊長長度以及測量精度要求，此處我們主要根據(jù)E級來組網(wǎng)，每次同步觀測時間彼此在四十分鐘以上，每一指標根據(jù)E級要求進行。

(二)基準站的建立

測量過程中，必須設(shè)定不少于兩個已知點，以實現(xiàn)距離約束與坐標轉(zhuǎn)換。GPS相對定位同步網(wǎng)間往往通過邊或點連接，如果有三臺接收機臺數(shù)，則選擇點連接。要是各次作業(yè)均需對兩個已知點進行聯(lián)測，這樣就提高了難度，且導(dǎo)致測量效率明顯下降。

如圖1，我們在地測樓樓頂埋設(shè)1個控制點DCL，將其當做基準點，這個點位非常易于達到，同時當GPS接收機架設(shè)以后無須安排人員進行看管。對基準點與兩個已知點進行同步觀測，利用這種方式，計算獲得DCL的坐標，然后利用全站儀根據(jù)相關(guān)標準進行坐標檢測，將DCL的坐標確定下來。此處我們以三臺接收機為例，后續(xù)測量過程中則能夠從該基準點開始，無須重新布設(shè)儀器到原來聯(lián)測該點的已知點上，解算過程中把原來觀測的已知點數(shù)據(jù)當做一個同步觀測參來進行就可以，既完成了距離約束與坐標轉(zhuǎn)換，還能夠降低大量重復(fù)觀測，提高測量效率，使得安全性提高，操作更加容易。

圖1 GPS控制網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)

在基準點上建立永久性基墩，在礦區(qū)中應(yīng)用動態(tài)GPS技術(shù)過程中，將基站布置在已知點上，能夠獲得三維坐標，構(gòu)建起一個網(wǎng)絡(luò)，其控制點是永久基站，可以進行野外單機作業(yè)，能夠在小區(qū)域中取得臨時C0RS基準站應(yīng)用效果。

(三)幾何圖形的確定

按照各種測量用途，GPS網(wǎng)的獨立觀測邊都必須組成相應(yīng)的幾何圖形，具體來說，包括三角形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)等。對于前者來說，其特點如下:自檢能力相對較好，幾何結(jié)構(gòu)強，然而，其涉及到的觀測任務(wù)相對較重;而對于星形網(wǎng)，其主要特點如下:圖形不閉合、相對簡單，因此，檢驗?zāi)芰Σ粡姡浞浅Ｈ菀鬃鳂I(yè)、任務(wù)量少;而對于后者，其處于前兩者之間。

礦區(qū)基本上測量工程放樣，往往使用混合網(wǎng)形結(jié)構(gòu)(星型和三角形網(wǎng)結(jié)合，具體見圖1)，也就是各次測量過程中布設(shè)控制點兩個，兩者彼此通視，一起和DCL構(gòu)成同步三角形，若干次布設(shè)以后，形成了網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)(發(fā)散型星型)，以DCL為中心。可以有效適應(yīng)測量需要，其突出優(yōu)勢是便于操作，作業(yè)量少，并且能夠通過全站儀對發(fā)散點距離進行檢測，有三角形網(wǎng)發(fā)現(xiàn)粗差和檢驗的優(yōu)點，非常實用。

四、誤差來源與應(yīng)對方法

誤差來源:GPS衛(wèi)星、信號傳播以及地面接收設(shè)備。

應(yīng)對方法:前兩種誤差不受操作措施影響，所以，只能夠利用某種方法來降低來自于傳播途徑的誤差，具體來說，涉及到多路徑效應(yīng)、對流層與電離層折射等方面所致的誤差。

能夠通過同步觀測值來進行求差，通過這種方式來降低上述兩種折射造成的干擾，這對短基線具有非常良好的效果，同時能夠使用電離層模型進行改正，以降低電離層折射造成的干擾;在測站測定氣象參數(shù)，選擇對流層模型進行改正，通常情況下，視場范圍中附近障礙物高度角在10b-15b以上，從而能夠降低對流層折射的干擾。

降低多路徑誤差的措施如下所示:科學(xué)確定站址，不應(yīng)當將測站布設(shè)于盆地、山坡、山谷，必須遠離高層建筑，同時，周圍需要避開大范圍水域、對電磁波反射強烈的物體。并且還需要與高壓輸電線、大功率的無線電發(fā)射臺保持較遠間距，且需要在200 米以上，防止附近磁場的影響。

五、結(jié)束語

綜上所述，本文在測量過程中引入靜態(tài)GPS技術(shù)，取得非常良好的效果，既降低了勞動強度，又降低了任務(wù)量，使得操作更加容易進行，同時充分確保了精度要求。

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