GPS高程擬合在露天礦山測量中的應用分析

楊志剛

（中國黃金集團內蒙古礦業有限公司，內蒙古 滿洲里 021400）

露天礦山開發是促進國家建設和社會發展的重要工程，在進行礦山相關開采和施工之前需要先進行準確的測量，以此來對礦區的基本情況和礦物質進行必要的定位。而隨著近幾年來國家經濟實力以及科學技術水平的提高，GPS技術在露天礦山的測量工作中獲得了很廣闊的發展空間，而露天礦山的采剝精度也因此得到了很大程度的提高[1]。所以，GPS高程擬合技術對于露天礦山測量而言意義重大，只有熟練掌握和應用該技術才能夠有效的提高我國礦山開采的效率和質量，這值得相關技術人員和研究人員的重視。

1 高程擬合測量原理

GPS高程擬合系統的測量工作原理，是通過RTK技術對目前露天礦山內的已知位置和相對位置進行精確對比與校正，這樣就可以將相對校正點的大地坐標作為測量系統的基準，對露天礦上內部的垂直和水平坐標進行精確定位。此外，通過實際測量數據顯示我們可以看出地勢和測量環境對高程擬合測量結果的精確程度也有一定影響，通常情況下在地勢比較平坦的地區坐標定位的精確度都比較高，而地勢和地形比較復雜的地區則會影響到定位測量的水平和垂直精度。總體來說。高程擬合定位系統極大的提高了露天礦山的測量精度，可以達到平面內任意點的測量精確到2cm以內，這種精確度使得實際測量工作中由于環境干擾和儀器自身精密度所造成的誤差有所降低。

2 大地高與正常高的測量

在我國的露天礦山實際測量工作中，通常都將正常高作為法定的大地測量系統標準，而對于不同類別的水準點，通常測量工作人員也會采取不同的測量手段來滿足不同的測量精度要求。例如對于國家一二類水準點的測量，采用水準線上的重力測量或者直接采用水準測量的方式就都可以滿足精度要求。而在測量條件一定的情況下，想要實現低等級水準點和高等級水準點之間的轉換，便可以通過對高等級水準點進行聯測來間接完成對低等級水準點的高程測量。此外，地面水準點的測量也是露天礦山測量工作的重點環節，這項測量工作影響著后期礦山開采的工作效率和開采范圍的劃定。通常情況下，地面水準點的測量都是通過借助鉛垂線，以鉛垂線向下截取正常高點來得到地面水準點的測量標準點。通過這種方式，測量出多組地面水準點，再將這些地面水準點連接成連續曲面，而這個曲面就叫做大地測量基準面。因此，測量值的正常高就相當于大地測量的基準點到大地基準面直接沿著鉛垂線的垂直距離，之所以采取這種方式進行正常高的測量，主要在于不同地區內似大地水準面與大地水準面之間的差距通常都非常小，普通的平原地區差距在幾厘米左右，適用于我國國土領域內的大部分地區。而由于地區和海拔的影響，在高原地區大地水準面和大地水準面之間的精確度差距最大值可以超過三米以上。同時對于一些異常高程控制點的布置，應以國家規定的法定正常高系統和轉換原則作為參考標準，除了進行水準測量和標準的重力測量之外，工作人員還應該充分考慮到實際測量距離與地圖標注距離的關系，一般情況下實際距離與地圖標出的比例設定為50000：1，而其他一些水準測量則是按照數字高程圖來確定的。最后，在露天礦山正常高和大地高的測量工作中還需要對相關的水準面數據進行擬合，通常在數據擬合的過程中需要用到多種高等數學知識，例如成交函數和二次曲面等。而除了大地水準測量和靜態測量可以采取二次曲面法或者簡單的二次擬合方法之外，對于一些地質環境比較復雜的礦山地區，在進行水準測量數據擬合時可能會用到一些復雜的函數和計算方法，因此研究人員根據大量的實踐數據制定了二次曲面模型基準點測試的標準。目前常用的標準是使用二次曲面模型最少需要6個控制點，而最小二乘法原理的選擇標準則是要滿足控制點的數量遠遠大于6個，只有根據實際的工作情況合理選擇數據擬合方法才能夠更好的實現數據擬合的最佳效果。

3 礦區GPS高程擬合模型

實際上高程測量體系以及高程擬合模型的建立需要大量的人力和物力資源支持才能夠完成，而一般情況下，普通礦區的高程測量水準點的選取大多是以國家制定水準點為基礎，以聯測的方式獲得相應的三級或者四級水準點。在構建高程時企業不僅僅要測得相應的水準點，同時還要以此為基礎將各水準點連接成水準網，這樣才能夠得到一個具有獨立性的高程測量系統，保障礦區測量工作的順利開展。因此，對于一些經濟實力比較弱的企業而言，籌集建設高程系統所需要的巨大資源成本并不是一件很容易完成的事情，只有一些經濟實力雄厚的企業才能夠真正實現高程測量和擬合系統的構建以及完善。但是對于露天礦上而言高程測量又具有極其重要的作用，為了保障礦山開發工作的正常進展，同時還需要兼顧到企業在施工過程中的經濟效益，因此很多企業選擇了用均勻布點來近似構建大地水準的方式實現對露天礦山測量工作的技術支持。在選點的過程中為了確保測量點選擇的均勻性，相關工作人員需要充分考慮到地勢變化因素對于測量結果精確度的影響，同時要在數據擬合之前選擇一個科學合理的擬合模型，提高測量數據處理的可信度。

（1）大地基準面擬合方案設計。對于露天礦區的大地基準面測定，工作人員應該注重對礦區高程的整體把握，可以通過在礦區的外圍合適地點選擇四個高程控制點來提高高程系統的整體性。同時，通過改變高程控制點的數量可以進一步滿足不同礦區的測量精確度要求，一般在露天礦山的中心區域高程控制點的數量選取不應該少于十個。此外，GPS技術在露天礦山測量工作中的應用也非常重要，工作人員在測量礦區靜態網時會采用GPS機進行同步的觀測和水準點的校正。在使用GPS機時一方面要關注儀器運行的穩定性，另一方面還要充分發揮出高程測量的協同作用，通過測量水準點與原水準點之間的聯測來提高數據擬合的精度。

（2）外符精度。露天礦山高程測量工作中外符精度的測量主要用于驗證擬合模型的精度是否符合標準，其工作形式一般采取RTK模擬計算的方式結合礦區高程測量數據結果的擬合參數，檢測并剔除一部分異常數據值，確保露天礦山高程系統的精確性和數據真實性。同時，這種設計方案有效的提高了高程擬合控制點的均勻性，因此企業在采取這種設計方案時能夠構建起控制點和檢測點分布更加均勻的高程系統，有助于更顯著的提高金屬露天礦山測量與開采的工作效率，使我國的礦山測量達到更好的水平。

4 結束語

綜上所述，露天礦山的采剝測量工作對于我國礦產行業的發展而言意義重大，而以GPS技術為基礎的高程測量與擬合體系的建立，更是值得各礦產開發企業重視的重點工作內容。企業在構建高程系統時既要保障測量和擬合的精度，同時也要全面考慮到企業的經濟效益，使GPS高程擬合能夠更好的契合我國露天礦山采剝的發展。