GPS控制网在矿山测量中的应用及精度分析

潘少群，熊芳芳

（江西省煤田地质局测绘大队，江西 南昌 330001）

矿山测量工作是指应用现代化的测绘技术，通过深入全面的地质勘查工作，对影响矿物质开采的高危因素进行分析，为矿山开采方案的制定提供信息支持的一个项目，是煤矿开采安全性与高效性的保障[1]。GPS技术是一种可以实现定时控制进行距离测定的空间交会定点导航系统，由空间部分、地面控制部分和用户设备部分组成，通过覆盖全球的卫星系统，能够为用户提供地标物的精准三维定位数据，目前在矿山测量中得到了广泛的应用[2]。在待测矿区中，采用GPS控制网进行首级控制，与国家三角点进行联测，采集外业数据，并进行数据处理，其测量效率较高，且数据精度能够符合工作要求。

1 GPS控制网的布设

根据待测矿区的地形图、地质图及工程放样资料，按照《全球卫星定位系统测量规范》中的四等技术要求，布设GPS控制网，采用BJ-54坐标系，采用D级GPS网进行首级控制，以Ⅲ等三角点作为起算点，根据外业控制测量需求，布摄像控点，在GPS网中，需利用原总参测绘局施测的Ⅲ等水准点作为本测区的GPS点，再另外埋设新的GPS标石，组成测区基本控制网。

在布设GPS控制点时，应按照均匀分布的原则，将基准站设置在地势高、电台信号覆盖面积广的地区，并且周围200m无高压电等信号干扰源，比如说沟谷的交汇地带、道路转弯处，确保部分测站上有已知方向，便于首级导线玩的布设，同时在地势平坦、林木稀疏的地方布设一定的将基准站设置在地势高、电台信号覆盖面积广的地区，并且周围200m无高压电等信号干扰源，否则将因信号问题无法工作点，以确保整体控制精度符合要求[2]。

2 GPS外业数据采集及基线向量考核

2.1 GPS外业数据采集

采用中海达HD8900双频接收机，接收GPS数据，采集外业数据时，严格遵守《全球卫星定位系统测量规范》中四等作业的要求，制定静态连边式观测方案，合理设置接收机的运行参数，其中，卫星高度角为15°，卫星图形强度因子（PDOP）＜4.0，同步接收卫星及有效卫星个数应大于等于5个。钢尺测量接收机天线高度，取三次测量的平均值。

图1 GPS测量技术系统应用流程图

2.2 GPS网基线向量检核

（1）基线解算。以双差固定解作为最终的基线解算成果，获得了87条基线，除去2条粗差基线后，获得85条满足测量要求的基线。采用RMS、ROPP等指标衡量基线解算质量，若RMS偏大，说明观测值质量低，若ROPP值偏大，说明观测条件不佳。而且，在处理完相关数据后，应查看Fix后面的方差比Ritio的大小，若小于3，说明基线的固定双差解不合格，需要对基线处理参数设置进行优化，确保处理后平均基线边长、观测基线及整数解误差最大值都满足相关要求。

（2）闭合环路检验。在基线质量检测中，可采用以下几种闭合环路检验方法：①同步闭合环检验。理论上，同步闭合环之间的闭合差数值为0，若同步环闭合差插线，说明其中存在一条及以上错误的基线向量，此次共获取50个最小三遍同步环，全长相对闭合差为0.07×10-6至8.75×10-6，且仅有一个超过7.00×10-6，满足测量要求；②异步闭合环检验。异步环极为不完全同步观测基线组成的闭合环，此次共有53个异步环，全长闭合差W小于140.8mm，且各坐标分量闭合差不超过82.1mm，异步环基线向量合格；③复测基线检验。重复基线是指在不同的观测时段两个测站间的观测结果，此次矿区测量共形成19条复测基线，复测基线较差为0.08mm至14.70mm，满足复测基线长度≤65mm的要求。

3 GPS网平差计算及精度分析

3.1 三维无约束平差的计算及精度分析

采用中海达GPS随机HDS2003数据处理软件，在WGS-84坐标系中，进行自由网三维无约束平差计算，对GPS内部符合进度进行检验，若发现多余观测误差造成的网内不符值问题，及时解决。在剔除2条粗差基线后，对三维无约束平差进行χ2检验和t检验，分别对整个观测量群及各个观测元素进行统计检验，检验GPS控制网内部符合进度，以及各个向量解决定的协方差阵之间的比例关系是否满足要求。

3.2 二维无约束平差的计算及精度分析

为了避免起算数据进度引起的GPS控制网扭曲，导致的控制网重点精度降低的问题，首先应检验一下起算数据的精度和质量，采用吴宇舒平差，计算起算点对应的坐标值，将反算起算点间的边长与原起算点坐标反算的边长进行对比，得到二者较差和先对误差，若起算点精度满足要求，将之作为矿区首级GPS控制网的起算点。随后，应用索佳全站仪，贯彻全站仪测距边长，再进行抽样检查，使用高精度全站仪，观测GPS控制网中检查样本间的距离，与对应的GPS实测边长进行对比。

4 结语

随着社会的发展，矿山开采工作效率显著提升，而对于矿山测量所得数据的精确度及时效性要求也大大提高，传统的测绘技术已经无法满足工作的需求，大量现代测绘新技术涌现在矿山测量实践中，取得了喜人的成果。

其中，GPS技术就是其中一个改变矿山测量工作现状的技术，在矿山测量中应用GPS控制网，可打破传统光学测量的通视要求限制，并且具有高效便捷、数据精度高的优点，能够有效降低矿区测量作业人员的工作负荷，加快工程进展，为矿区开发提供可靠的信息支持，应用前景广阔。

[1]段建峰.GPS快速静态测量技术应用于加密控制测量的可行性研究[J].测绘与空间地理信息,2018,41(01):98-100.

[2]王思锴,李冠,马全明,熊琦智.电离层误差对城市轨道交通GPS控制网测量精度的影响分析[J].测绘通报,2017(01):102-105.