GNSS静态测量在采矿权勘测定界中的应用

李义先

（安徽省地质测绘技术院， 安徽合肥 230022）

0 引言

为维护矿产资源开发秩序，充分利用矿业权实地核查成果，进一步加强对采矿权人日常勘查开采行为的监督管理，根据《矿产资源开采登记管理办法》（国务院令第241号）第八条规定和《国土资源部关于建全完善矿产勘查开采监督管理和执法监察长效机制的通知》（国土资发[2009]148号）要求，安徽省国土资源厅决定对全省行政区域内部、省两级发证的采矿权进行勘测定界工作[8]，实行采矿权精细化管理。采矿权勘测定界工作主要任务是查明矿山的采矿权开采范围是否与发证机关登记的一致[3]。GNSS静态测量是采矿权勘测定界主要任务之一。

1 采矿区GNSS静态测量控制网布设形式

GNSS静态测量高精度控制网的建立是利用多台接收机进行同步观测，每进行一个时段的同步观测，同步基线就组成若干个三角形同步环，通过若干个同步环的观测完成控制网中全部点的测量，由这些同步观测构成GNSS控制网。GNSS控制网精度的高低主要取决于同步环观测精度。同步环的观测时间、同步观测有效卫星数、有效观测卫星总数、观测时段数以及观测时段长度都要符合相应等级控制点测量的规范要求。这种观测方式以扩展速度快，图形强度较高，观测精度好，作业方法简单等优点，成为最常用的布网形式。对于多个采矿连成一片的大面积矿区首级控制网一般采用这种方法布设GNSS控制网。

在采矿权勘测定界工作中，GNSS控制网的布设是根据矿权的实际分布情况来决定布网方案的。在实际工作中，经常会遇到采矿权范围比较小，而且分布较为零散。为了满足采矿权勘测定界常规测量的需要，一般只需在一个矿区布设几个控制点，且控制点之间要有通视方向，控制点的密度以满足地形图测绘和矿区界址点测量的需要。这时候GNSS控制网布网方式通常采用多基准站点观测模式法。多基准站点观测模式布点形式由3台或3台以上接收机在高等级控制点上进行长时间的连续观测，而另外一些接收机在新埋设的控制点上流动观测，而这些流动站点与高级点构成观测网组成同步观测环。各流动站是独立作业，这种方式称为点模式。各流动站之间也可同步观测，这种观测方式称为网模式。网模式类似于网连式同步观测。

多基准站点观测模式法布设的GNSS控制网以图形结构强、同步观测计划简单、迁站灵活、高效省时等优点而被生产单位常用。

多基准站点观测模式布网由于各基准站间观测时间较长，基线向量观测可靠性高、精度好，这些基线构成的基准网成为整个GNSS网的骨架。多基准站点模式观测时,流动站与基准网组成一个同步环，点在基准站构成的多边形上内插或外延构成一个大地多边。其特点如下：

（1）多基准站点观测模式构成的同步图形结构强，可靠性高、精度高、点位误差不传递、不积累。

（2）若流动站采用同步观测模式，则除了同步观测的流动站间存在基线向量外，流动站和各基准站间也存在基线向量，这样可获得更强的图形结构。

（3）施测灵活，各流动站根据观测站点等级，站点与基准点之间的距离，按照规范要求来确定观测时间长度和时段数。确定观测采用的方法。

2 应用举例

以某矿区控制网布设为例，介绍GNSS控制网的以边连式常规布设方法和多基准站点观测模式布设控制点的方法，并把重合点坐标成果进行比较。测区位于安徽省西部，属丘陵地区。13个矿区连成一片，矿区实际面积大约160km2。

2.1 控制网的布设

2.1.1 边连式常规方式布网

首级控制网以国家3个C级控制点为起算点，观测采用边连式进行控制网的布设，总共布设16个D级控制点，由11个大地四边形组成。由4台天宝5800II接收机同步观测，接收机标称精度为（3+1ppm）。观测时段长大于60分钟。重复观测时段数大于1.6，同步观测有效卫星数大于5[1]。

2.1.2 多基准站点观测模式布网

为便于常规测量施测矿业权界址点工作的需要，在每个采矿权范围内布设若干个E级精度的控制点，要求E级点至少有一个通视方向。布设E级点是采用多基准站点观测模式的方法。在采矿权范围外选3个C级点架设接收机长时间观测，流动站点分别对其它的E级控制点进行联测，并观测部分D级点进行检测。观测时段长度不低于60min。

GNSS观测主要根据国家质量技术监督局发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》简称《GPS规范》GB/T18314-2009执行，观测质量良好。

2.2 数据处理

基线解算采用天宝商用软件Trimble Business Center进行，用双差固定解作为基线解算最终结果[10]。在处理D级GNSS控制网时对一些不合格的基线，采用改变基准卫星，删除产生周跳及信号受影响大的数据，对不合格的基线进行独立处理。处理后基线水平分量最大误差9mm。垂直分量最大误差10mm。复测基线最大较差8mm。在处理E级GNSS控制网时，对多基准站点观测模式观测数据逐点独立解算。同步环、无约束平差、约束平差、点位中误差和最弱边长相对中误差均符合规范要求，成果精度优良。

2.3 精度分析

D级GNSS控制网三边形同步环相对闭合差最大3.892ppm，各坐标分量闭合差分别为：ΔX=0.014m，ΔY=-0.028m，ΔZ=-0.023m，Δ3D=0.038m。异步环相对闭合差最大7.020ppm，各坐标分量闭合差分别为：ΔX=0.027m，ΔY=-0.032m，ΔZ=-0.047m，Δ3D=0.063m。最弱点点位中误差为2.8cm。最弱边长相对中误差为1/78000。

E级控制点最弱点位中误差为3.4cm。最弱边长相对中误差为1/65000(表1)。

用边连式方法观测的点与用多基准站点观测模

表1 常规和多基准站布网法施测重合点坐标差值比较Table 1 Comparison of coordinate difference of coincident points measured by conventional and multi-reference station network methods

式观测的重合点坐标值较差最大值：ΔX=0.022m，ΔY=-0.019m，ΔS=0.029m。从以上数据可以看出，多基准站点模式布网施测的点位坐标数学精度达到常规布网法施测点位坐标精度。满足现行规范要求。

3 结论

在采矿权勘测定界工作中，GNSS控制网布设可采用边连式静态相对定位模式和多基准站点观测模式，边连式静态相对定位模式能构成多个闭合的基线图形，有利于外业成果的检核，精度高。但观测布网比较复杂，作业速度慢。多基准站点测量方法，在多个已知点（至少3个）架设基准点，在观测点上进行静态测量，既有高精度的观测闭合基线，又不需要考虑复杂的布网和重复观测，减少了观测时间，提高了观测速度，又保证了观测精度。但多基准站点观测模式是单个流动站独立作业，和基准站构成的多边形无复测基线的检核，无异步环闭合差的检核，点位设置必须准确无误。通常在矿区范围较大的情况下，采用边连式静态相对定位方法布设矿区GNSS静态测量控制网。矿区范围较小，而且较分散时，通常采用多基准站点观测模式布设GNSS静态测量控制网。