GPS技术在新疆赛尔七矿控制测量中的应用＊

王宗翔，李晴晴，王小平

（江苏省矿业工程集团有限公司地质勘探工程处，江苏 徐州221131）

0 引 言

新疆赛尔七矿位于和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖镇东10km处，距和布克赛尔蒙古自治县城50km，行政区隶属和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖镇管辖，测区东西长约8km，南北宽约4～12.2km，面积约37km2.其中心地理坐标为：东经86°04′；北纬46°30′.测区属典型大陆性气候，年平均气温4.4～6.8°C.测区内交通较方便。为满足煤田地质勘查工作需要，在勘查区内进行了控制测量。

1 控制测量

1.1 作业依据和已有测量成果

1）作业依据。作业依据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB／T－18314－2009）［1］、《地质矿产勘探测量规范》（GB／T18341－2001）［2］。

2）已有测量成果。勘查区附近有II等国家等级点1个黄羊梁子（2604），Ⅲ等国家等级点1个和什托洛盖，Ⅳ等国家等级点1个83 420，其中黄羊梁子（2604）、83 420为Ⅳ等水准高程，平面、高程精度良好。测量成果平面为1980年西安坐标系统，高程为1985年国家高程基准。六度分带，带号15，中央子午线87°.经实地踏勘，以上国家等级点中心标石完好。

1.2 网的图形设计

网的图形设计，虽然主要决定于用户的要求，但是有关经费、时间和人力的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的图形设计有关。对此应当充分加以重视，以期在满足用户要求的条件下，尽量减少成本。

1.2.1 设计的一般原则

1）GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附和线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。

2）GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。

3）GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个（不足时应联测），且在网中应分布均匀，以利于可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。

4）GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量方法（或相当精度的方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。

5）为了便于GPS的测量观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。

1.2.2 基本图形的选择

根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边，应构成一定的几何图形。图形的基本形式如下：

1）三角形网

GPS网中的三角形边由独立观测边组成。根据经典测量的经验，这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。网形的主要缺点是观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，使观测工作的总时间大为延长。

2）环形网

由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网。网形与经典测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角网差，非直接观测的基线边精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀，优点是观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性。

3）星形网

星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形，其检验与发现粗差的能力差。这种网的主要优点，是观测中通常只需要两台GPS接收机，作业简单。

赛尔七矿是一个丘陵区，且有多台接收机同时作业，本次采用三角形网进行此次控制测量。

1.3 埋设标石

GPS点位应设在易于安装接收机、视野开阔的较高点上，视场内不应有高度角大于15°的成片障碍物，点位应远离有整片幕墙玻璃的高大建筑物，远离大片平静水面，以降低多路径效应对GPS卫星信号的影响。还应远离大功率无线电发射源、高压输电线和微波无线电信号传送通道，以避免电磁场对GPS信号的干扰。GPS网点应埋设具有中心标志的标石，以精确标志定位，点的标石和标志必须稳定、坚固以利于长久保存和利用，并制作点之记。

1.4 技术难点和技术措施

1）起算数据的选择

GPS控制网平差数据得到的是WGS－84坐标系下的坐标，必须经过坐标系转换才能得到西安80系坐标。起算数据相对精度的高低决定着整个控制网精度的高低，必须确保起算数据相对高精度。本次GPS E级控制测量工作的起算点为II、III、IV等国家等级点，保证了精度。

2）对原三角成果的检验

对于测区而言，作为起算点的国家控制点有可能受外界因素影响，布设GPS控制网时应适当重合部分以往旧三角点，以检验原三角点成果的可靠性。本次工作联测了2个以往的GPS E级点，2个点的原平面成果与新GPS平面成果较差小于0.04 m.国家等级控制点间无约束平差实测基线长与理论长度的相对精度大于1／200万；无约束平差实测国家等级控制点间实测高差与理论高差的较差小于0.001m.比较结果证明这些点没有发生位移。

3）控制网的高程精度

赛尔七矿是一个丘陵区，地势不是很平坦。受条件限制能联测的水准高程控制点只有两个。因此GPS E级网的高程采用GPS拟合高程。

4）观测时间的确定

外业采用五台南方S86型GPS卫星接收机同步观测，每点观测时间不少于45min.正常情况下控制网的无约束平差的点位误差在5mm以内，加上起算点误差之后，点位误差均小于2cm.但在观测环境不好的情况下，适当延长观测时间。只有保证足够的观测时间，才能保证控制网取得高精度。

5）控制点选择

GPS E级控制点选在便于安置接收设备和操作、视野开阔、被测卫星高度角大于15°的地方，测点距无线电发射源（如电视台、微波站等）大于400 m，距高压输电线大于200m，其距离点位附近严禁有强烈干扰卫星信号接收的物体；点位地面基础稳定，且利于长期保存。控制点地面测点均为混凝土普通标石。

2 作业过程

2.1 GPS网观测

1）GPS网与地面网的联测

GPS网与地面网的联测，可根据测区地形变化和地面控制点的分布而定。一般在GPS网中至少要重合观测三个以上的地面控制点作为约束点。为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响［3］，对GPS网内重合的高等级国家点，要适当的构成长边的同步观测环进行观测。

2）外业观测

GPS观测时，应视卫星信号情况、点位环境和基线长度等因素的影响，必要时适当延长观测时间。观测过程中，人员应尽量不靠近天线，且不要在天线附近走动和使用对讲机，使用对讲机应离天线10m以上。雷雨天气应停测，并卸下天线；人员应从高地撤到坚固的建筑物内或低洼空地上。正确量取并记录天线高，并要求测前、测后量取两次，取平均值为天线高，两次量取差值不得超过3 mm，否则应重新设站观测。天线高记录不得划改。在GPS观测时，每个测站均要求用观测手簿进行记录，记录内容为：点名、点号、观测者、记录者、天气、日期、时间、时段、天线高、接收机编号、天线编号等，并将特殊情况记录在备注栏内。

2.2 数据处理

观测结束后，采用GPS数据处理随机软件进行基线向量的解算、复测基线的验算。先进行二维无约束平差，要求最弱点位中误差应小于0.05m，最弱边相对中误差小于1／45 000.当各种限差满足规范要求时进行GPS网的控制网平差计算。E级GPS网平差结果：自由网平差后点位中误差最大为0.002 0m，相对误差最大为1／77 350，高程点最大中误差0.000 4m，精度满足规范要求。

3 结 论

实践证明：新疆赛尔七矿运用GPS进行控制测量，能满足高精度定位测量的需要。与传统的测量技术相比，定位精度高、观测时间短、操作简便，降低了外业观测强度和内业计算工作量。这种作业方式可以提高工作效率，降低劳动强度，降低成本，控制网的布设方法简单、灵活。此作业方式也为类似的其它勘查区进行控制测量提供了一个很好的范例。

［1］ 中华人民共和国地质矿产部.GB／T18341－2009地质矿产勘查测量规范［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［2］ 中华人民共和国地质矿产部.GB／T18314－2009全球定位系统（GPS）测量规范［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［3］ 周忠谟.GPS卫星测量原理与应用［M］.2版.北京：测绘出版社，1997.