GPS控制网在矿业权核查中的应用

凌化超,赵金生

(山东理工大学建筑工程学院,山东 淄博 255091)

随着GPS定位技术的不断完善和普及,GPS已基本取代常规控制网布网方式[1].GPS控制网的精度与控制网网型、布网方式、观测精度、数据处理模型选择及起算点的精度等因素有关[2-3].在实际应用中,如果出现GPS控制网的网型不合理、边长不满足规范要求、控制点不兼容等情况,会使整个GPS控制网精度降低.本文以某矿权属核查工程控制网的布设为例,提出了此种情况下基于附合导线的GPS控制网布网方式,并对这种布网方式达到的精度进行探讨.

1 GPS网的设计标准

1.1 GPS测量精度标准

GPS网的精度设计主要取决于网的用途.用于全球性地球动力学、地壳形变及国家基本大地测量的GPS网可参照《全球定位系统(GPS)测量规范》中AA、A、B级的精度分级[4],用于城市或工程的GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度参照《全球定位系统城市测量技术规程》中的二、三、四等和一、二级,见表1[5].

表1 GPS测量精度分级

1.2 GPS点的密度标准[6]

不同的任务要求和用途,对GPS点的分布要求不同.《全球定位系统(GPS)测量规范》中对GPS网中两相邻点距离根据其需要作出了规定,相邻点间的最小距离可为平均距离的1/3～1/2;最大距离可为平均距离的2～3倍.见表2.

表2 GPS网中相邻点间的平均距离 km

1.3 GPS控制网的构网方式

GPS网的布设是将各同步图形合理地衔接成一个有机的整体,使之达到精度高,可靠性强,且工作量和费用少的要求.按网的构成形式可分为星形网、点连式网、边连式网、导线网形连接网等.

2 GPS控制网布设及算例分析

2.1 GPS控制网布设

在某地区矿业权核查中,由于该地区矿业权比较分散,如果在每个矿山上做一组高等级控制点,就会造成在布设静态控制网时一部分边长非常短,只有100m左右,而另一部分边长很长,达到了几千米,布设的控制网明显不满足规范的要求.本文根据实际情况布设了快速观测点连式控制网,将高等级控制点布设在控制网前进的路线上,在满足控制点兼容的前提下分析了所布设控制网的精度.控制网图如图1所示.

图1 布设的控制网图

2.2 GPS控制网数据处理

由于用GPS测算并经检核后的合格基线相对精度较高,作为强制约束平差GPS测量控制网的地面起算点应有较好的兼容性,否则会使得控制网产生扭曲和变形[7-8],本次矿区收集到的平面已知点共5点.为了探讨控制点的分布及兼容性对基于附合导线的GPS控制网精度的影响,分四种情况研究.

情形1 不考虑控制点的分布及兼容性,选取全部5个已知点作为控制点进行网平差计算,对点位x、y方向偏差和点位平面、高程中误差进行了统计.由于三角网的边长相差太大,造成整个控制网成一条附合导线,根据GPS控制网形状,本文选用了导线附近的控制点,这样就构成了基于附合导线的GPS控制网.在这种情况下平面精度可以达到1.1cm,由于选用的控制点较多,高程中误差为4.31mm,均满足工程实际要求.由图2可知,该种布网方式的误差出现了累积.且在已知控制点两侧是均等的.

表3 选用控制点时点位X、Y方向偏差及平面、高程中误差统计表 (mm)

情形2 对已知控制点进行兼容性检验,剔除与其他点不兼容的CJIA点,然后进行网平差计算.对平差的中误差进行了汇总,如表4和图3所示,平面中误差为9.03mm,明显比上面那种情况好,但是由于少了一个点,点位高程中误差精度降低.点位平面、高程中误差的波动变小.

表4 考虑控制点 x、y方向偏差及平面、高程中误差统计表 mm

表5 选用4个控制点点位 x、y方向偏差及平面、高程中误差统计表 mm

情形3 不考虑控制点的兼容性,仅考虑控制点的空间分布,剔除ONYJ点进行网平差计算.根据控制网图可知,此时选择的四个控制点是能够很好覆盖本测区的控制点,进行网平差计算,对平差的中误差汇总,如表5和图4所示,平面中误差为9.88 mm,高程精度较第二种情况提高了1mm.

情形4 同时考虑控制点的兼容性及控制点的空间分布,采用OCJZ点和OGJL点作为平面控制点,采用全部控制点的高程进行高程拟合,然后进行网平差计算.从表6和图5中可以看出,在考虑到控制点的空间分布及数据兼容性后,平面精度为5.49 mm,高程精度为2.89mm,GPS控制网的精度和其他几种情形相比有明显提高.

图2 选用5个控制点点位x、y方向偏差及平面、高程中误差分布图

图3 选用4个控制点点位x、y方向偏差及平面、高程中误差分布图

图4 选用4个控制点点位x、y方向偏差及平面、高程中误差分布图

图5 选用4个控制点点位x、y方向偏差及平面、高程中误差分布图

表6 选用2个控制点点位x、y方向偏差及平面、高程中误差统计表 mm

3 结束语

1)在边长条件不满足工程规范要求时,基于附合导线的GPS控制网布网方式可有效减少误差的传递与积累,并解决了常规GPS控制网布网方式精度不高的弊端,可满足实际工程精度要求.

2)在进行GPS网平差及高程拟合过程中,必须对已知控制点空间分布及数据兼容性进行检查.在检查时,可以将平面数据和高程数据兼容性分开进行,选择合适的平面及高程已知数据作为约束条件,可以避免GPS控制网产生扭曲和变形,提高GPS控制网精度.

3)基于附合导线的GPS控制网布网方式灵活多变,可以节省大量人力、物力、财力,且精度较高,具有较好应用前景.

[1]张勤,李家权.GPS测量原理及应用[M].北京,科学出版社,2005.

[2]黄声享,郭英起,易庆林.GPS在测量工程中的应用[M].北京:测绘出版社,2007.

[3]田建波.GPS控制网的布设研究[D].郑州:中国人民解放军信息工程大学,2002.

[4]韦志文.GPS控制网的布设与数据质量保证的探讨[J].大地测量与地球动力学,2007,27(6):52-55.

[5]全球定位系统(GPS)测量规范.GB/T 18314-2001[S].

[6]工程测量规范.GB50026-93[S].

[7]钟建,张先宇,牛效里,等.GPS在矿区高程控制中的研究与应用[J].煤炭技术,2009,28(7):140-141.

[8]胡新玲,谭世波.GPS网中已知点兼容性检验的探讨[J].测绘科学,2009,34(4):103-104.