独立坐标系在建立境外矿区GPS控制网中的应用

李志晖

（1.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450052；2.河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，河南 郑州 450052）

独立坐标系在建立境外矿区GPS控制网中的应用

李志晖1,2

（1.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450052；2.河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，河南 郑州 450052）

总结了独立坐标系在老挝巴松县铝土矿勘探测量中的应用，以期提供一套行之有效的解决类似问题的方法。主要论述了坐标系的选择，独立坐标系的建立及实现，数据处理及平差计算。在对GPS控制网进行约束平差及精度评定后，得出“该GPS控制网优于E级GPS控制网的精度，完全可以作为该矿区的平面首级控制”的结论，印证了独立坐标系建立境外矿区GPS控制网的可靠性。

独立坐标系；GPS控制网；测量方法；铝土矿区；老挝巴松县

1 测区概况

老挝巴松铝土矿区位于老挝南部占巴色省巴松县境内南东部，矿区周边地势较高，最高海拔915．0 m，最低海拔416．0 m，相对高差约为500 m，具有“波罗芬高原”的地貌特征；属热带季风型—热带雨林气候，一年两季（雨季、旱季），年平均降雨量为1 400～2 000 mm，进驻工区时正值雨季，给测量工作带来不利影响。矿区距巴色市东约90 km，距巴松县城东约40 km。13号公路沿湄公河东岸南下可直达占巴色省巴色市，从巴色市有省际公路经过巴松县，巴松县到矿区有公路经过，矿区北部和南部有大车路经过，交通较方便。测区内居民地不多，呈零星分布；农业生产以种植咖啡为主，区内咖啡园较多；植被均为原始森林，地表被森林完全覆盖，除零星居民地和几条土路外基本见不到地面，开展测量工作难度较大。测区内没有任何测绘资料，要进行测绘工作，首先需要建立控制网。由于GPS网具有高精度、高效、无需通视等优点，因此在该测区布设独立GPS控制网。

2 基础资料与坐标系选择

该矿区及其周边地区未经工业开采和资源普查，测量基础资料缺乏，导致本次矿区测量工作开展前后一直未收集到矿区平面和高程控制点。由于收集的矿区主要地质资料是以1∶25 000地质地形图为基础的，与1∶50 000地形图坐标系一致（采用UTM投影）[1]，因此，采用与1∶50 000地形图接近的独立坐标系——1∶50 000地形图的UTM投影方式和印度1960坐标系（Everest1830椭球参数）。

3 独立坐标系的建立及其实现

3.1 建立地方独立坐标系的主要元素

1）中央子午线。中央子午线可以和国家坐标系标准带中央子午线重合，但当测区离标准带中央子午线较远时，可取过测区中心点或过某点的经线作为中央子午线。如果仅移动中央子午线能够解决投影变形，那么将起算点坐标进行换带就可建立地方独立坐标系。

2）投影面。若移动中央子午线不能解决投影变形，就要考虑选择适当的投影面。可选择测区的平均高程面，也可选择抵偿高程面作为投影面[2]。

3）地方坐标系参考椭球。通过对地方坐标系参考椭球几何元素、定位及定向的确定，使得椭球面与投影面拟合最好，这样投影变形可减到最小，同时要求便于与国家坐标系统进行换算[3-4]。

3.2 独立坐标系的建立方案和测量方法

首先确定独立坐标系的基点坐标，再施测矿区GPS控制网。由于测区范围内森林覆盖，且全部是山地，通视条件差，根据GPS布网原则[5]，在矿区布设1个坐标原点（G011），这个坐标原点和与它通视的方向点（G017）及其他34个点组成GPS控制网 （见图1），导线布置形式见图2。该独立坐标系建立方案和测量方法的具体作法如下：

1）闭合导线观测。根据踏勘情况，选择工区北部较平坦的公路进行独立闭合环观测，全站仪用三连架的方式从G011开始经过G017布设成直伸导线到达G018，水平距离全长1 903．244 m；又从G018折回闭合在G011，形成闭合导线，共20条边、18个折角。经过各项改正计算，长度闭合差为0．01 m，角度闭合差为7 s，高程闭合差为0．002 m，达到规范要求，并进行了平差计算。具体数据见独立坐标系闭合导线计算表（表1、2）。

图1 老挝巴松县铝土矿测区GPS控制网

图2 老挝巴松县铝土矿测区导线布置示意图

表1 平距平差计算表

2）平面坐标推算。起算点确定：为了精确定位和定向，在坐标原点（G011）和方位点（G018）用两台南方9600 GPS接收机进行12 h的数据采集。为了使建立的独立坐标系尽可能接近1∶50 000地形图的坐标系，首先利用静态GPS观测结果（B：15°04'2896224"N，L： 106°32'3345180"E），采用Everest1830椭球参数，进行UTM投影得到G011的平面坐标（X=1 666 846.003，Y=666 223.587）。方向确定：用同样的投影方式得到G018（B：15°04'3800656"N，L：106°33'2986746"E）的平面坐标（X=1 667 135.816，Y=667 906.321），计算出G011到G018的方位，作为推算闭合导线上点平面坐标的方位闭合条件。由此，利用G011的假定坐标，最终推算闭合导线上各导线点的平面坐标。

3）高程推算。在6 339Ⅲ幅1∶50 000图上查得G011位置的高程为791 m，利用闭合导线的高差结果求出G017、G018的高程。

经过以上步骤，已在本矿区建立了比较可靠的独立坐标系。据此将推算的G011、G017、G018坐标作为本矿区GPS控制网的起算点。

4 数据处理和平差计算

4.1 基线处理及检验

用南方测绘 GPS 4．4000 数据处理软件对外业观测数据进行基线解算，全部结果均为双差固定解。

依据GB/T 18314-2009《规范》12．2．7的要求，E级GPS网独立闭合环或附合路线闭合差Ws和各坐标分量闭合差（Wx，Wy，Wz）应满足以下要求；复测基线的长度较差应符合。经检验，同步环、异步环、复测基线较差均满足要求。

4.2 GPS网的平差计算及精度评定

表2 高程平差计算表

网平差处理使用南方测绘 GPS 4．4000 数据处理软件，选定合格的基线解，构成GPS控制网。先对基线进行WGS84坐标系下的自由网平差，基线向量的改正数绝对值应满足以下要求[6]：VΔX≤3σ，VΔY≤3σ，VΔZ≤3σ。三维无约束平差后，基线向量的改正数绝对值见表3，均满足限差要求。

表3 基线向量的改正数绝对值/cm

在地方独立坐标系下，采用印度1960坐标系Everest1830椭球参数：

长半轴为6 377 276.345 m；短半轴为6 356 075.000 m；扁率为1/300.801 7；投影为横轴墨卡托投影；中央子午线为105°；坐标原点（G011）的数值为X=1 666 846.003，Y=666 223.587。以坐标原点（G011）、方位点（G018）及方向点（G017）的坐标作为已知点进行二维约束平差，经过二维约束平差后得到各精度指标见表4。最佳相对中误差为1/1 139 728，最差相对中误差为1/76 388，平均相对中误差为1/287 854。

表4 点位中误差/cm

从精度分析可知，最弱点的点位中误差为0．475 cm，最弱边的相对中误差为1/76 388，而E级GPS控制网最弱边的相对中误差为1/45 000，点位误差为5．0 cm，因此该GPS控制网优于E级GPS控制网的精度，完全可以作为该矿区的平面首级控制[7]。

5 结 语

独立坐标系在建立老挝巴松县铝土矿区GPS控制网中的应用，体现了其不同于在国内布网的特点：

①区内无可供参考的测量基础资料，无法向测区内引入控制点；②在坐标原点和方位点进行12 h的观测，其精度指标完全可以作为矿区E级GPS控制网的起算数据；③经本矿区实践证明，建立的独立GPS控制网优于E级GPS控制网的精度，完全可以作为该矿区的平面首级控制。

[1] 熊忠招．浅谈UTM 投影下独立坐标系统建立[J]．地理空间信息,2010,8(2)∶41-43

[2] 张胜利．地方独立坐标系的建立[J]．陕西水利水电技术,2007(1)∶43-46

[3] 张述清,李永云．地方独立坐标系统的建立及其实现[J]．测绘工程,2007,16(4)∶22-29

[4] 陈士银．建立地方独立坐标系的方法[J]．测绘通报,1997(10)∶5-7

[5] 孔祥元,梅是义．控制测量学[M]．武汉∶武汉测绘科技大学出版社,1996

[6] 刘大杰,施一民,过静珺．全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M]．上海∶同济大学出版社,1996

[7] 朱照荣．赤道几内亚新城GPS独立控制网的建立[J]．北京测绘,2004(3)∶27-29

图5 地价水平值统计柱状图

图6 地价水平状况分析图

4 结 语

该基准地价查询公示系统集成了基准地价成果管理、显示、查询、统计、分析、网上发布等一体化功能，将其应用于地价评估和日常管理工作，科学实用、方便快捷，为地价管理的信息化提供了依据，同时也为实现土地市场公开、公平、公正的健康发展奠定了良好的基础。

参考文献

[1] 唐凌奇．WebGIS在地价信息发布中的应用研究[D]．武汉∶武汉大学,2004

[2] 成都市国土资源局．成都市中心城区基准地价更新研究报告[R]．成都∶成都市国土资源局,2007

[3] 毛国梁．浅谈GeoMedia WebMap的配置与开发[J]．科技情报开发与经济,2005,15(22)∶214-215

[4] 曹志刚,李满春．设计模式在GeoMedia WebMap地图数据发布中的应用[J]．计算机应用研究,2005(4)∶84-86

[5] 方从刚,陈先伟,黄成毅．基于WebGIS的成都市基准地价信息系统的构建[J]．计算机与数字工程,2010(3)∶67-69

[6] 杨俊艳．浅谈太原市基准地价查询系统的设计与实现[J]．科技情报开发与经济,2011,21(31)∶129-131

[7] 徐京华,李何超,汪四文．四川省城镇土地级别与基准地价图集及查询系统研制 [J]．测绘,2010,33(5)∶195-198

第一作者简介：杜艳琴，硕士，工程师，从事土地利用及城市发展相关研究。

P258

B

1672-4623（2016）09-0079-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.026

李志晖，硕士，工程师，主要从事地质矿产勘查及测绘工作。

2015-02-11。

项目来源：中色国际矿业国际合作资助项目（L-2005-01）。