GPS在矿山地形控制测量中的应用

郑重

【摘要】GPS卫星定位技术的发展导致了测绘行业一场深刻的技术革命。GPS测量在大范围高精度控制网、城市控制网、工程控制网的建立中起到了越来越重要的作用，已逐渐取代了传统的三角测量和导线测量建立控制网的方法，尤其在河道测图、管线测量、隧道贯通测量及山区矿区测绘方面应用广泛。由于受地形限制，上述情况的测量控制网大多以非常规形式布设，并且很多穿过山林，附近已知点很少，给网形布设，误差控制和测区作业带来很大问题，因此如何提高成果精度和经济效益就成为人们关注的焦点。

【关键字】GPS；地形控制测量；地形原理

随着社会经济的不断发展，通信信息技术也在不断的更新，而GPS技术是通信信息技术应用方面最为广泛的，同时在地形和土地测量以及各种工程、变形、地表沉陷监测中已经得到了广泛应用，而在精度、效率、成本等方面显示出了巨大的优越性。GPS技术还应用在进行海、空和陆地的大地测量和工程测量精密定位的传递和速度的测量等方面。这就说明GPS技术在各个领域中是不可多得的先进通信技术。

一、GPS定义

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范（Geometrical Product Specifications， 简称GPS）。另外一种含义为G/s（GB per second）。GPS（Generalized Processor Sharing）广义为处理器分享，网络服务质量控制中的专用术语。

二、基础理论分析：

为了较为真实地反映石料矿范围内和附近的地形、地貌状况，需对普通石料矿山1：2000地形图进行实测和测量标定矿区范围300米的重要建（构）筑物的具体位置，利用地形图能比较准确地计算矿区范围内的石料储量，对矿山开发利用方案的编制提供依据，并对矿产资源的利用及生产情况进行检查和监督。

三、测前主要工作

1）确定测区的大概地理位置，根据委托方提供的要求编制测量方案；

2）接收委托任务后及时收集测区附近的已有平面及高程控制點和已有地形图资料。

3 一级GPS平面控制测量

四、布点及埋设要求

一级GPS平面控制点的密度一般每平方公里不少于4点，且能全面控制测区的范围，对于面积较小的矿区至少应布设3点，其中至少在矿区范围外布设2点。所选点位均应符合下列要求：

1）点位应便于安置GPS接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角应不超过15°。

2）应远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离应大于200m；应远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离应大于50m。

3）附近应无强烈反射卫星信号的物件（如大片水面、大型建筑物等）。

4）应有利于其他测量手段扩展和联测。

5）地面基础应稳定，易于点的保存。

控制点均需做点之记，点之记应准确描述到达点位的路线图，点位周边的主要地物、地形关系描述相似、准确，每个点位至少应有2个以上栓点距离，距离准确量至0.1m位，点位应拍摄照片，点之记用CAD绘制。

五、1静态GPS测量

当该地区无法使用网络RTK测量时，可选用静态GPS测量的方法。应收集测区周边至少3个高等级控制点作为起算点，按一级GPS点精度使用双频或单频GPS接收机进行观测，GPS接收机静态平面标称精度应不低于10㎜+10ppm。在与高等级点联测时，如果距离在10km以上时，观测时间应达到90分钟以上。

GPS观测仪器操作应符合以下要求：1）GPS外业观测时天线应精确对中整平，对中误差≤3㎜，接收机电源电缆和天线电缆应联接无误；2）开关机时应各精确量取天线高一次，测记至㎜位。两次量天线高互差应小于3㎜，取平均值作为最后结果，记录在手簿上；3）手簿记录除天线高外，还应准确记录了点号、天气情况、观测日期、观测时段、仪器编号及观测员、记录员等内容，应字迹端正、清晰，不得涂改。

基线解算采用随机软件解算，网平差采用专业网平差软件进行解算。整个测区一级GPS控制点连同起算点应构成一个GPS网，网中独立环最多边数不应超过10条。

目前浙江省省级CORS系统建设已初步完成，省内大部分地区可在服务范围内接收系统提供的实时动态差分数据。采用高等级控制点校正的方法进行系统转换，必须在覆盖测区的小范围内收集不少于4个高等级平面控制点（1980西安坐标系）。按网络RTK一级GPS控制点测量的要求在高等级平面控制点上进行WGS-84坐标的采集，测量时间应不小于15min。利用采集WGS-84坐标与已有的1980西安坐标进行转换关系的求解，转换关系中的点位残差应不大于±2㎝。将求得的转换关系输入GPS接收机中，按浙江省网络RTK测量技术要求进行一级控制点的观测，或事后将采集的WGS-84坐标根据转换关系通过软件计算1980西安坐标。

控制点测量必须采用三脚架或三脚对中杆，每点至少观测2个时段（间隔应大于2小时），每时段至少初始化观测2测回，每测回平面收敛精度应≤±2.0cm，接收机应为双频GPS-RTK接收机，其动态平面标称精度应不低于10㎜+2ppm。具体的测量要求应严格按照各地CORS网络RTK测量技术规程执行。

矿区内利用一级GPS平面控制点按相对于起算点不大于±10㎝的高程精度要求进行高程测量，并作为矿区的高程起算点。高程测量根据矿山的地理位置，在离高等级水准点较近又易于联测时选择使用水准测量，在一些不易水准联测的矿区，可选择与平面控制测量同步进行的静态GPS拟合高程及网络RTK高程测量。

水准测量按等外水准精度施测，应在测区附近收集2个以上的高等级水准点（四等或以上）作为高程起算点，采用闭合或符合水准路线测量，水准观测使用索佳C32Ⅱ自动安平水准仪配双面木质标尺，按后—后—前—前的观测顺序单程观测，等外水准的观测记录可采用人工手簿记录，平差计算可采用简易平差，成果取至㎝位。

当平面控制测量采用静态GPS测量，而又无法进行水准测量时，可采用静态GPS拟合高程的方法。应收集测区附近（覆盖测区）3个或以上高等级水准点（四等或以上）作为高程起算点，连同平面控制点组成一个GPS控制网进行观测和平差计算，其测量方法及要求与平面静态GPS控制测量一致。GPS接收机静态高程标称精度应不低于20㎜+10ppm。

在宁波地区的鄞州区、镇海区、北仑区及老三区通过网络RTK测量的大地高，可利用我市规划局提供的在线转换软件直接计算出1985国家高程基准高程，其他地区必须通过建立高程异常模型求得正常高。应在测区附近（覆盖测区）收集至少3个高等级水准点（四等或以上）作为高程异常模型求解，按网络RTK图根高程点测量的要求在高等级高程点上进行大地高的采集，测量时间应不小于15min。利用采集的大地高与已有的正常高输入GPS接收机中进行高程异常模型的求解，高程异常模型中的点位残差应不大于±3㎝。按NBCORS网络RTK测量要求进行图根高程控制点的观测，每时段作业开始与结束均应对已测点、高等级或同等级已知点进行检测，高程检测较差应≤±6cm，接收机应为双频GPS接收机，其动态高程标称精度应不低于20㎜+2ppm。

GPS在矿山监测方面有着非常广阔的前景，近几年来，GPS用于矿山地形位置数据及详细的信息正日益发展。GPS控制网点灵活布网方便等特点越来越显优越性。在未来的矿山地形控制测量中，GPS越来越发挥其特有价值。