利用GPS技术布设矿区控制网的方法

利用GPS技术布设矿区控制网的方法[摘要]全球定位系统（globalpositioning sdtem，简称gps）是测量领域的一项革命性的技术革新，它对传统的作业理念予以更新，促进了测绘科学技术的现代化发展。本文以古城煤矿为例，简述利用静态gps布设矿区控制网的方法。

[关键字]全球定位系统gps；矿井地面控制测量；控制网精度全球定位系统gps是美国20世纪70年代研制用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。gps技术率先在大地测量、工程测量等测绘领域得到了广泛应用，已成为矿山地面控制测量的主要方法。

1.测区概况

古城矿区位于山西省长治市屯留县李高乡，行政区划隶属屯留县和长子县共同管辖，地理位置：东经112°47′54″～112°59′34″，北纬为36°10′10″～36°18′07″，测区面积约为157平方公里。

测区地形属高原盆地内的河谷平原，地势较为平坦，特征为丘陵地带，总体地势北高南低，西高东低。该区属温带大陆性气候，年平均气温为8.9℃，年平均降雨量为583.9mm。风向多为西北风，最大风速14－16m／s。冻土期为每年十月至次年四月，最大冻土深度为75cm。

测区分布有数十个大小村庄、厂矿、养殖厂等，大部分为农作

物耕地，场区道路四通八达，多数为年久失修的沥青、沙石、大车路等，208国道由北向南从测区东部通过，通行较为便利。另外移动电话通讯覆盖整个测区，异常发达。

2.gps矿井地面控制测量

2.1gps控制测量方案

采用全球定位系统gps测量技术对古城矿区进行地面控制测量网的布设和测量，根据矿区地形特点，分两级建立测量控制网。首级控制网为gps d级，控制点均匀地分布在矿井井田附近，点位选在视野开阔、易于扩展、土地坚实的制高点上，同时要考虑埋石后易于长久保存与使用方便；二级控制网以满足矿井建设和生产需要，参照《煤矿测量规范》，按照近井点的要求布设，等级为gps e级。

2.2gps接收机的选择

按照《全球定位系统（gps）测量规范》要求，古城矿井建立了矿区d级、e级gps控制网，根据矿区实际情况，gps测量的接收机可选用南方测绘公司9600型单频静态gps接收机，该设备静态测量标称精度：水平方向5mm+1ppmxd，垂直方向10mm+2ppmxd，d 为基线长度，以公里计，满足gps d级、e级测量要求。

2.3gps选点原则

由于gps测量观测站之间无需相互通视，而且控制网的图形结构比较灵活，为保证观测工作的顺利进行和可靠地保证测量成果精度，在选点工作开始之前，需要充分收集和了解有关测区的地理情

况以及原有测量控制点的分布及保持情况，再确定适宜的观测站位置。gps点的选点原则是：观测站远离大功率无线电发射源（如微波站、高压线等）；视野开阔，点的周围便于操作和安置接收设备；地面基础稳定，易于点的保存；观测站选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展；充分利用符合要求的旧有控制点；点位选定后，按规定绘制点之记，内容包括点位及略图、交通等情况。为保证gps点能在地面或建筑物顶部长期保存，必须埋设稳定、坚固和耐久的标石，标石尺寸规格严格执行规程要求，标石的顶部中央嵌一金属标志且要注记gps点的等级、时间及完成单位。按照古城矿井生产和建设需要，依据有关规程、规范的要求进行，各gps点布设于生产矿井附近或长远规划建设的地方，以直接满足煤炭生产和建设的需要。

2.4gps网观测方法

gps测量采用相对定位方法，即在多个点上设置接收机，作同步观测，确定各点的相对位置，在满足可靠性、精度、效率的前提下，将同步图形有机地连成一个整体。为了保证矿区gps控制网的精度和可靠性采用静态定位模式，同步图形的连接采用边连接方式构网，以进行同步图形闭合条件、异步图形闭合条件以及复测边检验，这样的构网方式具有良好的几何强度、可靠性指标及效益指标。

2.5gps数据处理

gps数据处理包括：基线向量的解算及gps网的平差两个方面，基线解算前，对外业资料进行检查和验收，检验项目包括：测站数

据；观测数据文件；基线简表；同步环闭合差检验；异步环闭合差检验；重复基线较差检验等，对不合格数据及时组织返工补测，以确保外业成果准确无误。基线解算模式采用多基线解算模式，解算成果采用双差固定解。

外业观测数据检验合格后应对gps控制网的观测精度进行评定，即控制网的测量中误差应满足相应等级控制网的基线精度要求。gps控制网按自由网进行平差，先在wgs-84坐标系中进行三维无约束平差，处理由于多余观测误差而引起的网内不符值，以反映gps 网的内部符合精度，提供各点在wgs-84坐标系中的三维坐标、各基线向量三个坐标差观测值的改正数、基线长度、基线方位及相关的精度信息等。在无约束平差确定的有效观测量的基础上，进行1954年北京坐标系二维约束平差和三维约束平差，联测的已知控制点数5个，平差结果输出在相应坐标系中的三维或二维坐标、基线向量改正数、基线长度、方位、转换参数及其相应的精度信息，控制网约束平差的最弱边边长相对中误差，应满足规范中相应等级的规定。

3.控制网精度指标统计

古城矿首级控制网（gps d级）根据规范要求与高等级控制网点联测，点数不少于3个的要求，利用古城矿区已有的1：1万地形图，对已有控制点的等级和分布情况进行了综合分析研究，同时结合实地踏勘情况，确定以：连家庄（i等）、招圪堆（gps c级）、东史（gps c级）、李高（gps c级）、北郜（gps c级），五个点

为平面坐标起算点。新选gps d级点7个，加上原有国家四等点“航校”，共8个，此次d级观测点共13个，平均边长5-10公里。二级控制网采用在首级控制网gps d级网点的基础上，布设独立观测边构成三角形网，共布点11个，均为埋石点，其中古城矿区主斜井工业场地4个，副井工业场地4个，桃园风井场地3个。点位的选、埋，根据古城煤矿建设管理处的生产和建设需要，依据《煤矿测量规程》的要求进行，布设于生产矿井附近，以便于生产建设使用。

4.结语

本文结合潞安集团古城矿实际情况，介绍了矿区地面gps控制网的布设情况，相对于常规测量来说，gps测量主要有以下特点：①测量精度高。gps观测的精度明显高于一般常规测量，其相对定位精度可达1×10-6以上；②测站间无需通视。根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便；③观测时间短，随着gps测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行gps测量时，静态相对定位每站仅需20min左右；④仪器操作简便。gps接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录；⑤全天候作业。因gps卫星数目多，且分布均匀，不受天气状况的影响，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，便于对工程的统筹安排，为准确快速提供测绘成果提供了可能性；⑥提供三维坐标。gps测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水