GPS控制網(wǎng)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

賀婧

摘 要：由于礦區(qū)地形復(fù)雜，因此用傳統(tǒng)的控制網(wǎng)建立會(huì)消耗大量物力和人力，可靠性不高。但控制網(wǎng)建立的好壞影響著礦山測(cè)量精度的高低，礦山測(cè)量又礦山的開(kāi)采及生產(chǎn)非常關(guān)鍵。因此本文主要分析了利用GPS定位技術(shù)建立礦區(qū)控制網(wǎng)時(shí)，各種不同因素對(duì)精度的影響。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)；控制測(cè)量；GPS；控制網(wǎng)布設(shè)

一、緒論

礦山測(cè)量工作是貫穿于礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)的一項(xiàng)必不可少的測(cè)量工作，它對(duì)礦山的生存和發(fā)展非常重要，因此必須建立良好的控制網(wǎng)。但是，礦區(qū)多為山區(qū)，并地形條件較為復(fù)雜，并且伴隨采礦工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)礦山測(cè)量的精度要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)測(cè)量已無(wú)法滿足這種需求。因此，GPS測(cè)量的產(chǎn)生與發(fā)展改變了傳統(tǒng)控制測(cè)量的方法，降低了測(cè)量作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大減少了人力、財(cái)力的消耗。

二、利用GPS技術(shù)建立礦區(qū)控制網(wǎng)的可行性分析

（1）精度方面：《煤礦測(cè)量規(guī)程》規(guī)定，礦區(qū)地面平面控制網(wǎng)可布設(shè)為一、二級(jí)小三角、導(dǎo)線或小測(cè)邊。一般情況下布設(shè)為一級(jí)小三角，其基線相對(duì)誤差的精度為1/20000。GPS網(wǎng)精度與一級(jí)網(wǎng)精度要求一致。

（2）效率方面：若利用GPS建立控制網(wǎng)，只需1～2天，傳統(tǒng)測(cè)量方法建立控制網(wǎng)至少需要15天以上，因此效率有明顯提高。

（3）安全方面：GPS控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)無(wú)需點(diǎn)與點(diǎn)之間通視。將點(diǎn)布設(shè)在地勢(shì)平坦或相對(duì)低的地方，傳統(tǒng)測(cè)量方法建立控制網(wǎng)時(shí)控制點(diǎn)必須布設(shè)在高處，便于點(diǎn)與點(diǎn)之間通視。因此，GPS控制網(wǎng)更安全可靠。

三、某礦區(qū)GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)方案分析

（1）測(cè)區(qū)有三個(gè)已知點(diǎn)HB、HX、HY，以這三個(gè)點(diǎn)設(shè)計(jì)了三種控制網(wǎng)的模式。模式一邊連式，模式二邊點(diǎn)混合式，模式三點(diǎn)連式。如圖1、圖2、圖3。

三種模式的網(wǎng)形設(shè)計(jì)不同，從網(wǎng)形可以三種模式的明顯不同之處。閉合環(huán)的數(shù)量明顯減少，基線數(shù)也減少了，為更好的分析三種模式的優(yōu)劣需要幾個(gè)數(shù)據(jù)的分析。

（2）GPS網(wǎng)特征條件的計(jì)算：C=n*m/N。

式中C為時(shí)段數(shù)；m為每點(diǎn)設(shè)站次數(shù)；n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)； N為接收機(jī)數(shù)。

因此在GPS網(wǎng)中：

總基線數(shù)為J總=C*N*（N-1）/2；必要基線數(shù)為J必=n-1；獨(dú)立基線為J獨(dú)=C*（N-1）；多余基線數(shù)為J多=C*（N-1）-（n-1）。

（3）幾項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算。a.效率指標(biāo)：當(dāng)點(diǎn)數(shù)、GPS接收機(jī)數(shù)確定后，理論最少觀測(cè)數(shù)與實(shí)際觀測(cè)觀測(cè)數(shù)的比值，用（e）來(lái)表示[7]。

b.精度指標(biāo)：GPS測(cè)量中反映精度的指標(biāo)為最弱點(diǎn)位中誤差、最弱方位角中誤差、最弱邊中誤差。而經(jīng)過(guò)平差后的精度只與圖形結(jié)構(gòu)有關(guān)，與網(wǎng)點(diǎn)的幾何位置無(wú)關(guān)。當(dāng)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)給定時(shí)，如果增加同步觀測(cè)圖形，就必須增大重復(fù)設(shè)站率，進(jìn)而增加可靠性，但當(dāng)重復(fù)設(shè)站率過(guò)大時(shí)也是不經(jīng)濟(jì)的。根據(jù)測(cè)量平差理論，控制網(wǎng)觀測(cè)量在網(wǎng)平差前后的所得權(quán)比值反映精度，[7]精度指標(biāo)如下：

（4）成果比較。根據(jù)以上各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法得出下表，通過(guò)表中各項(xiàng)指標(biāo)的比較分析三個(gè)模式的優(yōu)劣情況：

根據(jù)上述分析：模式一中多余基線和獨(dú)立基線較多，即非同步圖形閉合條件和較多的復(fù)測(cè)邊，一條公共基線連接這同步環(huán)。觀測(cè)時(shí)段較多，設(shè)站數(shù)也較多，對(duì)于礦區(qū)的控制網(wǎng)建立不太經(jīng)濟(jì)；模式二工作量比模式一多一些，但相對(duì)來(lái)講比較適中，有足夠的復(fù)測(cè)邊和非同步圖形閉合條件，幾何強(qiáng)度得到了保證，可靠性得到了提高，降低了成本，減少了外業(yè)工作量，對(duì)礦區(qū)控制網(wǎng)建立來(lái)講較為理想。模式三觀測(cè)時(shí)段較少，設(shè)站數(shù)少，相鄰?fù)綀D形之間僅有一個(gè)公共點(diǎn)連接，因此，該方案可靠性較低，圖形幾何強(qiáng)度較弱。綜合比較后本次實(shí)施的最優(yōu)方法為模式二，采用邊點(diǎn)混合式連接方法。

四、總結(jié)

傳統(tǒng)測(cè)量方法中工程網(wǎng)的布設(shè)，點(diǎn)位靈活性差，活動(dòng)范圍小，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，而GPS工程網(wǎng)設(shè)計(jì)點(diǎn)位靈活性高，無(wú)需考慮點(diǎn)的通視，作業(yè)范圍以公里為單位，范圍大，非常適合地形條件困難地區(qū)。同傳統(tǒng)測(cè)量相比，可極大地減少工作量，提高作業(yè)效率。工程網(wǎng)布設(shè)需要注意：（1）綜合控制網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)；（2）注意高精度點(diǎn)的分布；（3）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，重視點(diǎn)的分布，以及精度隨著連續(xù)觀測(cè)站的增加，測(cè)站間的距離減小，可將連續(xù)觀測(cè)站作為固定站進(jìn)行網(wǎng)的布設(shè)，將會(huì)越來(lái)越方便。

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