利用GPS改造礦區(qū)控制網(wǎng)的實踐

利用GPS改造礦區(qū)控制網(wǎng)的實踐韓曉冬于勝文姜巖鄭文華摘要本文介紹了利用單、雙頻GPS接收機對礦區(qū)操縱網(wǎng)進行改造的方法，并對運算結果進行了分析，得出了一些有益的結論。

關鍵詞GPS技術礦區(qū)操縱網(wǎng)1引言測繪信息網(wǎng)由于年久失修礦區(qū)中原有的操縱點有些丟失，有些操縱點由于地下開采而發(fā)生了移動。對原有的礦區(qū)操縱網(wǎng)進行改造已成為一些礦區(qū)亟待解決的咨詢題，也是煤礦安全生產(chǎn)的前提保證。傳統(tǒng)礦區(qū)操縱網(wǎng)的改造方法是利用常規(guī)的觀測方法對礦區(qū)操縱網(wǎng)進行觀測和平差，但這需要大量的人力、物力和財力。眾所周知，GPS技術已廣泛地應用到測量的各個領域。建立GPS操縱網(wǎng)無需操縱點之間通視，不需要建筑覘標，定位精度高，且定位精度不受構成網(wǎng)本身的幾何條件的制約，能夠依照需要以不同的邊長來布網(wǎng)，并以相同的精度將網(wǎng)點一次擴展到所需要的密度。相關于傳統(tǒng)的操縱網(wǎng)，GPS操縱網(wǎng)還有觀測時刻短、操作簡便、全天候作業(yè)等特點。因此利用GPS技術對原有的礦區(qū)操縱網(wǎng)進行改造是專門經(jīng)濟可行的方法。測繪信息網(wǎng)2差不多情形該礦區(qū)中心地理位置為東經(jīng)115°34′，北緯36°03′。原操縱網(wǎng)有操縱點54個，平均邊長8km，為礦區(qū)首級操縱網(wǎng)。由于建網(wǎng)時刻較長，大部分點都不同程度地遭到破壞，為了保證煤礦的安全生產(chǎn)，決定用GPS技術對原網(wǎng)進行重新觀測。測區(qū)內(nèi)有國家二等三角點兩個，經(jīng)檢查能夠

作為該次測量的起算數(shù)據(jù)（附圖中的0001和0002號點）。新的GPS網(wǎng)采納1980年西安坐標系及相應的橢球參數(shù)。依照測區(qū)的具體情形，為了使投影變形最小，決定采納任意帶，即選擇116°經(jīng)線作為投影帶的軸子午線，投影面選擇高斯投影面。本次GPS操縱網(wǎng)采納首級操縱網(wǎng)與近井點同時布設、同時觀測，一次平差完成。3作業(yè)方法測繪信息網(wǎng)3.1作業(yè)依據(jù)和設備作業(yè)依據(jù)要緊有：（1）國家能源部1989年制定的《煤礦測量規(guī)程》；（2）國家城鄉(xiāng)建設環(huán)境愛護部1985年4月頒發(fā)的《都市測量規(guī)范》；（3）國家測繪局1992年6月8日公布的《全球

定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》；（4）項目合同書中有關的專門要求。采納的儀器設備有：德國蔡司廠產(chǎn)GePosZeissRD24雙頻接收機三臺，RS12單頻接收機一臺，東芝便攜式筆記本電腦一臺，汽車四部及通訊設備。GPS接收機在作業(yè)前均通過測繪儀器檢測中心檢測，性能和精度均符

合標稱精度。測繪信息網(wǎng)附圖3.2布網(wǎng)方案測繪信息網(wǎng)依照原操縱網(wǎng)的布設情形及操縱點的完好程度，考慮到今后的進展，在每個礦井選擇一個

首級網(wǎng)操縱點和一個近井點，先在1∶1000的地勢圖上進行選點，編寫技術設計書。然后到實地

進行野外踏勘最終確定點位。點位的選擇要求〔1〕：（1）遠離大功率的無線電發(fā)射臺和高壓

輸電線，一樣距離不得小于200m；（2）鄰近無大面積水域，以減弱多路徑效應的阻礙；（3）

視場開闊，周圍建筑物的高度角小于10°～15°；（4）所選的點位應不受今后采礦的阻礙；（5）近井點要求至少與一個操縱點通視，以便于礦井的使用。埋石按《全球定位系統(tǒng)（GPS）

測量規(guī)范》的7.1～7.4款執(zhí)行，地面埋石與房頂澆鑄靈活運用。

本次GPS操縱網(wǎng)共選擇首級操縱點10個，近井點7個。用4臺GPS接收機進行同步觀測，組成同步環(huán)。同步環(huán)之間用邊連接，如附圖所示，共組成9個四邊形同步環(huán)，復測基線10條。要緊指標列于表1。表1技術設計要緊指標等級總點數(shù)基線總數(shù)獨立基線數(shù)復測基線數(shù)D195427103.3外業(yè)數(shù)據(jù)采集測繪信息網(wǎng)第一用武漢測繪科技大學所編寫的利普Lip3.2平差軟件編制GPS外業(yè)觀測打算，依照測區(qū)的近似經(jīng)緯度、作業(yè)日期及每天作業(yè)的起止時刻，分不運算打印出每天從上午6點至晚上21點時段內(nèi)的可見衛(wèi)星直方圖和精度因子圖（DOP值），選擇有效衛(wèi)星個數(shù)多、DOP值較小的最佳觀測時

段，躲開不利的觀測時段。測量模式采納快速靜態(tài)測量方式，衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥5，精度因子GDOP值≤5，數(shù)據(jù)采樣率15s，有效觀測時段長度≥40min。近井點所構成的同步閉合環(huán)觀測時刻為30min。

在野外觀測時，天線安置要嚴格整平、對中，天線高度在觀測前和觀測后各量一次，兩次互差不超過±3mm。同步觀測時要保證外業(yè)觀測打算中的開機時刻和關機時刻，不得拖后開機和提早關機。如有專門情形要及時通知其他測站，以便延長觀測時刻，使得同步觀測時刻≥40min

或30min，及時填寫觀測手簿，觀測過程中，觀測者應坐在接收機旁，但頭頂不能超過接收機天線，注意數(shù)據(jù)的接收情形，如衛(wèi)星數(shù)、信噪比、精度因子變化等。臨近終止時還要記錄該測站的近似坐標。

每天測量終止后，要將數(shù)據(jù)及時錄入筆記本電腦中，并進行基線的平差運算和同步環(huán)閉合差的檢查，以確保數(shù)據(jù)的安全正確和可靠。4GPS數(shù)據(jù)的預處理測繪信息網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的全過程均采納利普Lip3.2平差軟件完成。該軟件具有星歷預報、編制測量打算、基線解算和網(wǎng)平差的功能?；€解算完成后，形成相應的基線結果文件，供運算者檢查和網(wǎng)平差時調(diào)用?；€結果文件的內(nèi)容包括：WGS—84坐標系中的三維坐標增量、雙差及三差解算

結果、殘差等。網(wǎng)平差軟件中提供了WGS—84坐標系和當?shù)刈鴺讼档慕Y果解算報告。測繪信息網(wǎng)4.1基線解算第一打開利普軟件，在菜單中點擊基線解算，用獵取數(shù)據(jù)調(diào)出GPS觀測數(shù)據(jù)，利普軟件能調(diào)用標準數(shù)據(jù)格式（Rinex）、Trimble、Navsymm、Sokkia、Zeiss和Novatal數(shù)據(jù)。調(diào)出數(shù)據(jù)后該

軟件能自動形成基線示意圖，用鼠標左鍵點擊每個測站點，與野外記錄手簿進行對比，必要時能夠修改天線高度和點號。在選項菜單中能夠選擇數(shù)據(jù)解算類型、解算方式以及操縱參數(shù)等。

參數(shù)設計好以后就可進行基線解算。能夠在結果菜單中查看基線解算的結果。對不符合要求的測繪信息網(wǎng)

基線能夠進行刪除。

基線解算后要對外業(yè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢驗，要緊檢驗的項目有：

a同步環(huán)坐標重量及全長閉合差應滿足：（WX,WY,WZ）≤

Ws=W2X+W2Y+W2Z≤2σnb復測基線較差應滿足：

ΔS≤2σ式中

a——接收機的固定誤差（mm）；

b——比例誤差；

s——環(huán)中基線的平均長度；

n——閉合環(huán)基線條數(shù)。

不符合上述限差的閉合環(huán)或基線，可能是由于下述緣故所造成：（1）接收機可能接收到不良的衛(wèi)星信號；（2）測站的觀測環(huán)境較差；（3）多路徑效應干擾嚴峻；（4）有效觀測時刻不足。要依照全網(wǎng)的具體情形分析怎么講是那一條基線含有粗差，關于含有粗差的基線要及時剔除，分析緣故，必要時應進行重測，以確保成果的整體質(zhì)量。4.2基線質(zhì)量綜述測繪信息網(wǎng)本次GPS操縱網(wǎng)按設計要求共觀測19個點，45條基線，平均邊長11.23km，最長基線邊長24.29km，最短基線邊長102m，組成9個四邊形同步觀測環(huán)，10條復測基線，同步環(huán)與同步環(huán)之間用基線邊連接。同步環(huán)及復測基線的結果統(tǒng)計見表2和表3。統(tǒng)計結果講明，該GPS操縱網(wǎng)的外業(yè)觀測及內(nèi)表2同步環(huán)質(zhì)量統(tǒng)計相對精度（10－6）＜1．01．1～2．02．1～3．03．1～4．0平均值最大值同步環(huán)個數(shù)15211.873.90所占百分比11.1％55.6％22.2％11.1％表3復測基線質(zhì)量統(tǒng)計相對精度（10－6）＜1.01．1～4．04．1～6．06．1～8．0平均值最大值復測基線個數(shù)14323.927.81所占百分比10.0％40.0％30.0％20.0％業(yè)基線解算質(zhì)量良好。測繪信息網(wǎng)5GPS操縱網(wǎng)平差及精度分析打開利普軟件中的網(wǎng)平差菜單，用獵取基線調(diào)入基線解算數(shù)據(jù)，程序自動構成網(wǎng)圖，在網(wǎng)

圖上點擊基線構成閉合環(huán)，可得到環(huán)閉合差，以供檢查和運算用。用輸入菜單輸入坐標系和三

維坐標或二維坐標，坐標系可選擇WGS—84坐標系、北京54坐標系或西安80坐標系。然后進行平差。在結果菜單中能夠輸出WGS—84坐標系和地點坐標系的平差結果。

本次GPS操縱網(wǎng)在WGS—84坐標系和在西安80坐標系中的平差統(tǒng)計結果見表4和表5。測繪信息網(wǎng)表4WGS—84坐標系三維無約束平差結果統(tǒng)計單位權中誤差(mm)最弱邊相對中誤差最弱點點位中誤差（mm）平均點位中誤差（mm）2.061∶9.4萬15.87.3表5西安80坐標系二維約束平差結果統(tǒng)計單位權中誤差(mm)最弱邊相對中誤差最弱點點位中誤差（mm）平均點位中誤差（mm）2.531∶8.9萬18.79.5由表4、表5可看出，本次GPS操縱網(wǎng)的精度是相當高的。6結論測繪信息網(wǎng)

通過這次對礦區(qū)操縱網(wǎng)改造的具體實施，可得出如下結論：

a運用GPS技術布設礦區(qū)操縱網(wǎng)，不僅能達到較高的精度，而且點位精度分布較平均。

bGPS操縱網(wǎng)差不多不受邊長的限制，邊長能夠相差較大，比常規(guī)的三角網(wǎng)的布設靈活方便，且點間無需通視，省去了造標的費用。

cGPS操縱網(wǎng)能夠多級網(wǎng)同時布設、同時觀測。低級操縱點所構成的同步環(huán)的觀測時刻能夠縮短，且低級操縱點不一定要構成網(wǎng)型，只要與高級網(wǎng)有一