控制测量在矿山地质测量中的应用

陆 红

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局六总队，贵州 凯里 556000）

做好矿山地质测量、地质调查工作，认真贯彻落实相关政策，建立完善施秉县地质调查工作，确保地质调查工作的平稳过渡，全面整合地质资料。在矿山地质测量工作开始前，开展GNSS静态控制测量工作。

为全力保障矿山地质测量工作顺利开展，需要在测区范围内建立GNSS控制网和图根控制点，其中，控制网采取D级控制网规范布设,采用静态控制测量方式施测。图根控制点的选点、埋设按《城市测量规范》和《全球定位系统（GNSS）测量规范》（GBT18314—2009）等规范要求来进行，以满足本项目区域范围内地质测量要求为首要条件，条件好的地段采用RTK图根点测量，其他有影响GNSS观测条件的地方采用图根光电测距导线测量。

1 技术路线

1.1 GNSS控制网的整体网形设计

本次地质测量面积共约30平方公里，在测区内共布设测量控制点30个。在测量控制网的网形设计中，根据各控制点之间几何关系形成连接形式一般主要分为边连接式控制网、点连接式控制网、网连接式控制网等比较常用的控制网连接形式，其他网形包括边点混合连接式控制网、三角锁连接式控制网、导线网连接式控制网等其他形式的控制网在传统测量工作中使用较少。

在以上几种常规控制网布设形式中，边连接式控制网的特点是由多公共边来连接控制网中相邻之间的图形，所以，该方法有多条复测边，异步环可以对观测成果起到检查的作用，能够加强控制网的几何图形强度，提高控制测量成果的可靠性。点连接式控制网的特点就是控制网中相邻的图形之间只有一个公共点，没有公共边作为检测边，这种控制网的几何强度不高而且控制测量成果可靠性差，因此，在现代测绘工作中，很少用到点连接式的控制网，特别是在矿山地质测量这种测绘精度要求高的工作中。网连接式控制网的特点是控制网的几何强度很强，控制测量成果的可靠性很高，但是在实际工作中需要4台以上的GNSS接收机才能施测作业，且需要的时间成本和经济成本较大，所以网连接式控制网一般用于非常高精度的测量中。

根据以上分析，矿山地质测量适合采用边连接式控制网，连接式控制网无论是图形的几何强度，还是控制网的可靠性，都能够得到保证，其控制测量成果可以满足本次矿山地质测量的精度要求。

1.2 野外选点埋石

1.2.1 选点

为检验GNSS静态控制测量成果，通常在选点时选择其中两个以上的测量控制点通视，有利于用全站仪等其他测量仪器对控制点成果进行检核与控制点加密工作。控制点的选点工作对控制测量成果影响较大，好的控制点点位能够保证控制点的观测过程更加顺利，还能够提升观测质量，因此，控制点的选点工作应该遵守以下原则：

（1）在室内1∶1万比例尺的地形图上进行控制点的点位设计后，到实地考察控制点点位的地质条件，避免选择在土质松软、地质条件不稳定的地方。选择相对稳定的点位，可以让控制点长期保存、长期使用且不易被下雨、沉降等天气、环境因素影响而破坏。

（2）点位周围比较空旷，在点位的四周高度角15°以上，避免有成片的障碍物，点位的四周高度角15°以上有过多的障碍物会影响控制点在观测的时候GNSS接收机接受卫星信号，对后期控制测量成果影响较大，甚至成果不能满足矿山地质测绘要求。

（3）控制点点位应距离电台、微波中继站等信号发射区域超过200m，距离高压线、变压器等信号干扰源超过50m，这些电磁信号发射源距离控制点近的话，强大的电磁场对接收机接受GNSS信号的影响较大。

（4）控制点点位周围不应该有大面积的信号反射物体，比如较大的建筑物、大面积的水库形成的水面等等。大面积的信号反射物体会增大多路径效应的影响。

1.2.2 埋石

控制点埋设的标石应有中心标志，以精确确定点位，点的标石和标志必须稳定、坚固长久保存和利用，埋石点的埋设规格见下图1：（单位：cm）。

图1 埋石点的埋设位置

1.3 观测方式

在整个GNSS控制网范围内，选4个国家C级GNSS控制点，与新GNSS控制网点同步联测；外业数据采集使用南方型接收机（标称精度为±(5mm+1×10-6D））进行。外业观测依据《全球定位系统GNSS测量规程》中有关静态边连式的观测方案，控制测量每测段同步观测时长定60min，接收机的其他参数设置为：卫星高度截止角为15°；卫星信号数据采样间隔为15S；卫星图形强度因子PDOPL＜4.0；同步接收卫星的个数不少于5颗。接收机的对准用光学对准器对准；天线高度用钢尺在不同方向上量测二次，其差值不超过4mm时，最后取平均值。

1.4 数据处理

1.4.1 基线解算

控制网的野外静态控制测量数据选择采用南方GNSS数据处理软件，按原码采用双差相位观测值进行基线解算，采用双差固定解作为最终结果。基线解算主要的实际意义就是对测量数据的平差，其中，双差观测值作为平差过程中使用的主要观测值。数据平差的过程主要分为三个步骤，第一步是观测数据的初始平差，软件根据观测值的观测方程，组合成为法方程后，计算出基线向量的浮动解。第二步是将整周未知数固定成整数，根据初始平差的结果，计算后定出任何整周未知数的一组备选数据值，并从备选数据中选取出来，以这些数据作为已知数，带入基线解算的方程中，求出相应的基线解。第三步是当确定整周未知数的值后，与之对于的基线向量就是基线向量的整数解。

基线解算结果的正确解算将直接影响控制测量成果的正确与否。因此，基线解算的工作步骤在控制测量中显得非常重要。影响基线解算成果质量的因素主要有以下几点。

（1）已知点（数据起算点）的坐标不正确或者在输入已知点坐标过程中输入不准确。已知点坐标的错误会导致基线出现一定方向的偏差，会明显影响基线解算的成果。

（2）观测时段卫星数量较少或者部分卫星被GNSS接收机观测的时间不够，观测时间不够的卫星会影响到该卫星整周未知数的确定。若卫星整周未知数不能确定，将直接影响基线解算的顺利进行。

（3）在某个观测时段中，部分时间内周跳过多，导致周跳修复不完善，也会影响到基线解算的结果。

（4）控制点的数据观测过程中被多路径效应影响较大另外，对流层或者电离层折射影响较大也会影响到基线解算的结果。

1.4.2 平差计算

在基线向量检验符合要求后，按照《全球定位系统测量规程GB-T2009》的要求，进行GNSS网的无约束平差和约束平差。

（1）数据处理：为了获得GNSS观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行GNSS数据的预处理，根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并做出评价，以确保观测成果和定位结果的预期精度。GNSS网数据处理分基线向量解算和网平差两个阶段。各阶段数据处理软件均采用随机所带软件。处理的主要内容有：GNSS卫星轨道方程的标准化、时钟多项式的拟合和标准化。

（2）基线解算：基线数据按同步时段为单位进行，按多基线解时，每个时段需提供一组独立基线向量及其完全的方差——协方差阵；按单基线解时，须提供每条基线分量及其方差——协方差阵。可以采用不同的数据处理模型。

（3）无约束平差：无约束平差以三维基线向量及其相应方差—协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS-84系三维坐标为起算依据，进行GNSS网的无约束平差。平差结果须提供各点在WGS-84系下的三维坐标、各基线向量及其改正数和其精度信息。无约束平差中，各基线分量改正数绝对值应满足：V△x≤3σ；V△y≤3σ；V△z≤3σσ—相应级别规定的精度（按网的实际平均边长计算）。

（4）约束平差：利用无约束平差后的可靠观测量，在2000国家大地坐标系下进行三维约束平差或二维约束平差。平差中，对已知点坐标、已知距离和已知方位，可以强制约束，也可以加权约束。平差结果应输出在相应坐标系中的三维或二维坐标、基线向量改正数、基线边长、方位、转换参数及其精度信息。约束平差中，基线分量的改正数与无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值应满足：dV⊿x≤2σdV⊿y≤2σdV⊿z≤2σ。

1.5 图根控制测量

图根控制点的选点、埋设以满足矿山地质测量要求为首要条件，条件好的地段在控制网的基础上直接使用GNSSRTK施测图根控制点，若因树木茂密等原因导致GNSSRTK无法接收信号，致使图根点数量太少或分布不均，无法满足测量需要时，需使用全站仪在GNSS控制点上布设一、二级图根导线。图根控制点高程均可使用GNSS拟合高程或三角测量高程。

2 控制成果的应用

GNSS静态控制测量广泛用于测绘行业，并且已经慢慢的发展成为测绘领域中控制测量的主要技术方式，对于传统测绘仪器的测绘方式来说，GNSS静态控制测量各观测点之间不用通视即可完成作业，网形结构灵活多变。并且能够已知坐标计算出各个观测点的精确坐标，并且可以在任何时间和地点都可以进行观测，受到天气的影响也比较小。GNSS静态控制测量成果是矿山地质测量工作的前提条件，能够使地质测量过程中的界址点的坐标精度达到要求。

因为矿山地质测量工作区域在城镇范围，该地区地形复杂，在房屋较为密集的地方，GNSS接收机无法搜索到足够多的卫星，无法得到图根控制点的精确坐标，无法使用GNSS-RTK施测图根控制点，此时，应使用导线测量，因为地质测量要求的坐标精度较高，图根控制点的密度大，所以导线测量一般布设为导线网，采用严密平差的办法进行控制点计算。

在完成控制测量从控制网的网形设计到图根控制测量的各项工作步骤后，用全站仪等测绘仪器依据以上控制测量成果全面开展地质测量工作。

3 结论

GNSS静态控制测量成果起到对限制测量误差累计和传播的作用，对于本次GNSS静态控制测量和图根控制测量来说，主要是指在测量的区域内，根据矿山地质测量的测量任务和目标要求，测定GNSS静态控制点和图根控制点的平面位置和高程。在控制测量过程中，要根据测区实际情况对控制网进行优化布置，并将其当作矿山地质测量的工作基础。在矿山地质测量过程中，可靠的控制测量成果可以更好的保证地质图和界址点的坐标精度。