静态GPS在角峪铁矿普查控制测量中的应用

王文祥，袁国霞，魏善明，马庆伟

(1.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014；2.山东省地质测绘院，山东 济南 250013)

0 引言

地质勘查工程控制测量包括基本控制测量和图根控制测量，分为平面控制测量和高程控制测量，常用的方法有GPS测量、导线测量、几何水准测量、光电测距(EDM)三角高程测量等，是地质勘查工程测量中的首要工作，也是工程点精度和地形图精度得以满足的基础，因此必须精心设计、严格要求。

GPS静态定位是指如果待定点相对于周围的固定点没有可觉察到的运动，或者虽然有可察觉到的运动，但这种运动较缓慢，从而使得在每次进行GPS观测资料的处理时，待测点在协议地球坐标系中的位置可以认为是固定不变的(静态)[1,2]。采用GPS静态定位技术进行矿山测量，具有精度高、灵活性强、工作效率高等特点[3]。为满足泰安市角峪铁矿普查的需要，受莱芜市金地采掘工程有限公司的委托，山东省地矿工程勘察院于2011年年初顺利完成了矿区E级GPS控制网的施测任务。

1 测区概况

测区位于泰安市岱岳区角峪镇南偏东，呈不规则长方形分布，东西最长约3.8km，南北最长约2.3km，总面积为7.1km2，测区为丘陵地区，沟壑、陡坎较多，覆盖的村庄包括：角峪东村、南角峪村、柴庄、东岳村及东岳新村,要求平面控制点点位中误差小于5cm。基本控制测量以国家D级GPS点为起算点，按E级GPS点平均2.0个/km2的密度要求，同时考虑实际工作需要，本着尽量减少图根控制测量的要求，布设E级GPS网。高程控制测量采用1985国家高程基准，在四等水准点的基础上，用GPS拟合高程的方法进行，采用严密平差计算。

2 GPS网布测

2.1 GPS网设计

根据测区实际情况，利用莱芜市国土资源局提供的3个D级GPS点为平面控制的起始点：分别为D115青沙沟、D110圣井、D104茂盛塘，坐标为1980西安坐标系，高程为1985国家高程基准。经RTK检测平面精度在2cm之内，高程精度在5cm之内。布设一个由9点组成的扩展E级GPS控制网(其中新埋设控制点6点)，E级GPS控制点按新编GPS点编号，即：EJ01，EJ02……EJ06。GPS精度指标不低于表1中要求[4]。

表1 GPS精度指标

GPS网最长边5.99km，最短边1.93km，平均边长3.24km。每个GPS点需要至少与3个点相连，保证有3条基线通过[5]，高程控制采用静态GPS拟合高程，如图1所示：

图1 GPS控制网

2.2 选点和埋石

在测区内及周边均匀分布5个E级GPS点：EJ01～EJ05，由于起始点D104距测区较远，考虑到网形结构在测区东部布设一过渡点EJ06。由于GPS受信号、气象的影响较大,为确保控制精度和利用价值，选点时满足以下要求：①点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上；②点位目标要显著，减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收；③点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等)，其距离大于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m。以避免电磁场对GPS信号的干扰；选点的同时要做好点之记，该次测区E级GPS点采用埋石或钢钉，用红油漆填写点号(如：EJ01)。

2.3 GPS外业观测

采用4台三鼎T20RTK双频接收机进行静态测量，静态平面精度±3mm+1ppm；静态高程精度±5mm+1ppm。测量技术要求为卫星截止高度角≥15°；同时观测有效卫星数≥4；时段中任一卫星有效观测时间(min)≥15；时间长度(min)≥40；数据采样间隔(S)5～15,点位的几何图形强度因子(PDOP)≤6；有效观测卫星数≥4颗，观测时段数≥1.6。

2.4 数据处理

2.4.1 基线解算

基线解算采用三鼎GPS接收机随机软件基线处理与平差软件-南方GPSADJ，首先设置坐标系统和控制网等级、基线的剔除方式，在数据录入里面增加观测数据文件，然后在观测数据文件中修改量取得天线高。在基线解算中点击全部解算，软件就会自动解算基线，显示为红色表明基线解算合格，解算不合格会显示为灰白色，在基线简表窗口中查看解算的结果,在对话框中调整高度截止角和历元间隔后解算，直至合格为止，共有基线19条参与解算。

2.4.2 闭合环情况

闭合环最大节点数：3，闭合环总数：44，其中同步环总数6，异步环总数38。同步环相对误差为0.1～0.3ppm，|△X|为0.141～0.597mm，|△Y|为0.02～0.542mm，|△Z|为0.247～0.808mm，均满足限差要求。

异步环相对误差为0.1～0.9ppm，|△X|为0.318～1.745mm，|△Y|为0.13～1.922mm，|△Z|为0.045～3.30mm，均满足限差要求。

2.4.3 复测基线精度统计

角峪铁矿E级GPS控制网共有3条复测基线，复测基线较差最大值为14mm，基线号为EJ06～EJ05，复测基线较差允许值为±54mm，复测基线较差最小值为2.5mm，精度符合要求。

2.5 GPS网平差

2.5.1 三维自由网平差

此次E级GPS控制网利用南方GPSADJ软件在WGS-84坐标系下进行经典自由平差，三维自由网平差单位权中误差为0.0289m，平差后的点位精度如表2所示。

表2 三维自由网平差点位精度

2.5.2 二维约束平差

二维约束平差采用网配合法进行转换，单位权中误差0.013384m，平差后点位精度如表3所示。

2.5.3 高程拟合

由于已知点位D115高程精度不达要求，故选择D104，D110两点为已知点进行高程拟合，参数拟合高程为5.34mm，符合精度中误差为±28.347mm，D104拟合后高程残差为0.02m，D110拟合后高程残差为-0.02m，各点位拟合高程如表4所示。

表3 二维约束平差点位精度

表4 拟合后各点高程

3 结语

控制网的优化设计是静态GPS测量中非常重要的一项工作，为了提高控制网的精度，增加其可靠性，需要适当的增加观测期数，并增设多余观测和独立基线数，从而保证一定的重复设站率。泰安角峪铁矿普查E级GPS控制网布设取得的成果精度，完全符合下一步矿区1∶500大比例尺测图的要求，为下一步矿区展开大面积的普查工作提供了测绘基础资料。

参考文献：

[1] 刘基余，李征航，王跃虎，等.全球定位系统原理及其应用[M].测绘出版社，1993：53.

[2] 高群,尚颖娟.静态GPS在控制测量中的应用分析[J].西南农业大学学报(社会科学版)，2010，(8):9-11.

[3] 张海港.谈提高静态GPS矿山控制测量精度的做法与体会[J].山西建筑，2010，(36)：363-365.

[4] 全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T18314-2009)[S]．

[5] 陈洪安.GPS技术在枣庄市城市控制测量中的应用[J].山东国土资源，2008，(24)：94-97.