GPS控制網在高海拔礦區測量中的應用及精度分析

陳 翔

（四川省地質礦產勘查開發局四O三地質隊，四川 峨眉山 614200）

在對礦山資源開發中，礦山測量工作是非常重要一部分，對于礦山的開發有直接影響，所以需要做好礦山測量工作。在礦區測量工作中，由于礦區地形條件比較復雜，而且對于礦山測量精度要求比較高，運用傳統的測量方式已經不能很好的滿足礦山測量工作的需要了[1-3]。所以在礦山測量工作中，通過GPS控制網在礦區測量中應用，可以更好提升測量精度和工作效率，更好的礦山資源進行開發。

1 利用GPS技術建立礦區控制網的可行性分析

（1）在礦區測量工作中，對于精度要求是越來越高，根據相關礦山測量規定，需要基線相對誤差精度為1/20000，GPS控制網精度能夠很好的達到相關要求[4]。

（2）在礦區測量工程中，如果采用傳統測量方式建立控制網所需要的時間比較長，通過GPS技術建立控制網所需要的時間比較短，能夠很好的提升工作效率，更好的對礦區進行測量。

（3）在礦山測量工作中，由于礦山地質條件比較復雜，如果采用傳統方式進行控制點，需要把控制點布設在比較高的位置，從而實現測量工作。通過GPS控制網應用，可以把布點設在地勢比較平坦地方，可以更好的提升作業的安全性，提升工作效率。

2 礦山概況

某礦區位于西藏自治區江達縣青泥洞鄉玉龍鎮，地理坐標為東經97°43′27″～97°44′22″，北緯31°23′48″～31°24′58″。礦區位于青藏高原東部，群山迭障，山勢連綿起伏，海拔最高約5200m，最低約4200m。相對高差達1000m左右。地形由諾瑪隆、色公隆、玉龍隆及覺達瑪隆組成，坡度一般25°～45°，局部地段達60°以上。礦區內植被為低矮灌木和草地，整個測區通視較好。海拔4800m以上基本無植被，只有松散亂石，坡度大，行走極為困難，屬高原山岳地貌[5]。區內大部份植被低矮，整個測區通視較好。

由于礦區測繪控制點破壞嚴重，且礦區范圍很大，總面積超過60平方公里，為更系統精確的控制礦區所轄范圍，方便于今后礦區的生產建設等工作，根據礦區現有地形圖實際位置，擬布設玉龍礦區E級GPS控制網。

3 作業依據

（1）GB/T18314-2009《全球定位系統GPS測量規范》；

（2）GB/T24356-2009《測繪成果質量檢查與驗收》；

（3）GB50026-2007《工程測量規范》；

（4）GB/T 18341-2001《地質礦產勘查測量規范》；

（5）CH 1002-95《測繪產品檢查驗收規定》；

（6）CH 1003-95《測繪產品質量評定標準》；

（7）本工程《技術設計》。

4 GPS控制網在礦山測量中的應用及精度

4.1 GPS控制網布設

對于測區此次GPS控制網分為兩個級別，采用逐級布設在方法，布設首級點6個，E級點57個，首級控制點作為測區的首級控制點，E級控制點由D級控制點加密而來，控制總面積約67km2。平均每平方公里GPS控制點有1個左右。

GPS點位選在通視條件良好、地質堅硬、不易破壞、利于發展的地方。根據《規范》要求以及礦區所在地實際情況收集，本測區氣候寒冷，溫度低，容易產生凍土，不適合現場應用混凝土灌制，礦區范圍內大部分地區基巖外露，巖石堅硬，適合刻石做點，與甲方商議，并在滿足《規范》基本要求下，本次GPS控制點以預制標石和刻石為主[6]。

4.2 GPS數據觀測

D級控制網基線處理中，采用了IGS精密星歷，其軌道精度達到5cm；框架網平差計算的已知地心坐標作為測站初始坐標，其精度在ITRF97參考框架下的精度優于2cm。這樣，衛星星歷、起算點初始坐標對基線解算的影響不超過0.1mm。

基線解結果，每個觀測時段的TGO基線解為對應的ASC文件，基線解算為單基線方式，共處理合格基線數為28條。計算結果為2000國家大地坐標成果，控制點1980年西安坐標系及1954年北京坐標系成果采用控制網平差計算得到的2000國家大地坐標成果轉換計算得到。

E級控制網測量數據的基線解算，采用符合要求的雙差固定解作為基線的最終成果，各項檢核除嚴格執行《GPS規范》外，基線與國家控制點間的歸化，比對檢核考慮坐標系統間的理論差和高程異常的影響。將測區GPS控制網投影到測區平均高程（4500.00m）面上，經全站儀測邊檢查，其精度完全能滿足相關《規范》要求。

4.3 GPS精度分析

4.3.1 網平差計算

GPS D級控制網采用軟件TGO1.62進行，控制網三維平差以2個基準站（BATG、LUHO）作為已知條件，平差計算各控制網點的坐標。平差計算采用的坐標框架基準為ITRF97，Epoch2000.0。

其坐標系統為2000國家大地坐標系。2000坐標系平差結果如下：

GPS D級控制網點位精度均優于±5mm，其中緯度、經度分量中誤差均優于±2mm，垂直分量中誤差優于±3mm；控制網平均基線相對精度為1/10002660（0.10ppm），最弱邊TK14-TK16（基線邊長1697.892m），其相對精度為1/3341458（0.30ppm），相對誤差為0.1 cm。

根據國家GPS測量技術規范要求，D等GPS網相鄰點基線分量中誤差水平分量要求優于20mm，垂直分量要求優于40mm，最弱邊相對中誤差優于1.0×10-5。由此可知，本控制網2000國家大地坐標系平差成果主要精度指標遠優于國家規范規定的D級GPS控制網及設計的要求[7,8]。

GPS E級控制網采用南方Gnss數據處理軟件平差計算。GPS D級控制網點位精度均優于±3mm，其中緯度、經度分量中誤差均優于±3mm，垂直分量中誤差優于±3mm；最弱邊TK44-TK43（基線邊長249.2694 m），其相對精度為1:80349。

根據國家GPS測量技術規范要求，D等GPS網相鄰點基線分量中誤差水平分量要求優于20mm，垂直分量要求優于40mm，最弱邊相對中誤差優于1/45000。由此可知，本控制網1980西安坐標系平差成果主要精度指標遠優于國家規范規定的E級GPS控制網及設計的要求。

4.3.2 GPS控制網測量邊長投影變形的數據處理方法及擬和高程計算

礦區工程測量對控制網的相對精度要求較高，如果直接采用國家坐標作為起算點進行控制網約束平差解算的結果會對測量后續工序的質量和工程建筑物的施工放樣造成不利影響，故要求進行測量邊長投影改正。本次控制網采用＜＜空間數據處理系統3.0版＞＞進行投影改正。坐標系統：1954北京坐標系和1980西安坐標系；換算類型：統一坐標化算為抵償坐標；測區中心：3度帶；測區投影高程：4500。經過參數計算，得出經度L、緯度、平均曲率半徑Rm、抵償高程歸化面Ho后，將GPS網平差網點坐標代入后，算得投影改正后平面坐標[9]。

由于礦區要求點位相對高程較為精確，GPS E級控制點高程成果在實際工程測量中并不實用，為方便礦區實際工程測量要求，故將六個已知點中的TK14點作為起算點，經過TK16點進行校核后采用。選取TK14、TK13、TK15、TK61、TK12等點，經過光電測距儀對其三角高程進行導線測量，計算后各項精度指標：Wh=-8.50mm，單位權中誤差（1km）=0.007mm，滿足D等水準網要求。根據平差后高程重新對礦區內其它網點進行GPS三角高程擬合，GPS高程內附合精度：±14.662(mm)，高程擬合精度能滿足礦區測量和設計的要求。

5 結論

（1）在礦區測量中，通過GPS控制網技術應用，能夠更好的提升礦區測量精度。其中在高海拔礦區的測量工作中，能夠更加靈活和方便的進行布置，不受地形影響。但是在高海拔地區應用中，為了更好提升測量精度，需要盡量避免短邊。

（2）在礦區測量中，通過GPS控制網技術應用，可以很好的降低工作強度，可以更好實現智能化觀測。但是由于受到地形條件影響，對布點要求需要嚴格要求，更好的提升測量精度。

（3）在礦區測量中，通過GPS控制網技術應用，可以在很大程度降低勞動作業強度，提升工作效率。在GPS控制網技術應用中，由于整個作業過程需要計算機進行控制，自動進行數據和平差計算，所以只需要控制好接受微衛星信號的質量，就可以很好的計算出符合精度要求的控制點的平面坐標，更好的滿足礦區測量工作的需要，更好的對礦區進行開發。