GPS高程拟合在露天矿山测量中的应用分析

2019-02-09杨志刚

世界有色金属 2019年22期

杨志刚

（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古满洲里 021400）

露天矿山开发是促进国家建设和社会发展的重要工程，在进行矿山相关开采和施工之前需要先进行准确的测量，以此来对矿区的基本情况和矿物质进行必要的定位。而随着近几年来国家经济实力以及科学技术水平的提高，GPS技术在露天矿山的测量工作中获得了很广阔的发展空间，而露天矿山的采剥精度也因此得到了很大程度的提高[1]。所以，GPS高程拟合技术对于露天矿山测量而言意义重大，只有熟练掌握和应用该技术才能够有效的提高我国矿山开采的效率和质量，这值得相关技术人员和研究人员的重视。

1 高程拟合测量原理

GPS高程拟合系统的测量工作原理，是通过RTK技术对目前露天矿山内的已知位置和相对位置进行精确对比与校正，这样就可以将相对校正点的大地坐标作为测量系统的基准，对露天矿上内部的垂直和水平坐标进行精确定位。此外，通过实际测量数据显示我们可以看出地势和测量环境对高程拟合测量结果的精确程度也有一定影响，通常情况下在地势比较平坦的地区坐标定位的精确度都比较高，而地势和地形比较复杂的地区则会影响到定位测量的水平和垂直精度。总体来说。高程拟合定位系统极大的提高了露天矿山的测量精度，可以达到平面内任意点的测量精确到2cm以内，这种精确度使得实际测量工作中由于环境干扰和仪器自身精密度所造成的误差有所降低。

2 大地高与正常高的测量

在我国的露天矿山实际测量工作中，通常都将正常高作为法定的大地测量系统标准，而对于不同类别的水准点，通常测量工作人员也会采取不同的测量手段来满足不同的测量精度要求。例如对于国家一二类水准点的测量，采用水准线上的重力测量或者直接采用水准测量的方式就都可以满足精度要求。而在测量条件一定的情况下，想要实现低等级水准点和高等级水准点之间的转换，便可以通过对高等级水准点进行联测来间接完成对低等级水准点的高程测量。此外，地面水准点的测量也是露天矿山测量工作的重点环节，这项测量工作影响着后期矿山开采的工作效率和开采范围的划定。通常情况下，地面水准点的测量都是通过借助铅垂线，以铅垂线向下截取正常高点来得到地面水准点的测量标准点。通过这种方式，测量出多组地面水准点，再将这些地面水准点连接成连续曲面，而这个曲面就叫做大地测量基准面。因此，测量值的正常高就相当于大地测量的基准点到大地基准面直接沿着铅垂线的垂直距离，之所以采取这种方式进行正常高的测量，主要在于不同地区内似大地水准面与大地水准面之间的差距通常都非常小，普通的平原地区差距在几厘米左右，适用于我国国土领域内的大部分地区。而由于地区和海拔的影响，在高原地区大地水准面和大地水准面之间的精确度差距最大值可以超过三米以上。同时对于一些异常高程控制点的布置，应以国家规定的法定正常高系统和转换原则作为参考标准，除了进行水准测量和标准的重力测量之外，工作人员还应该充分考虑到实际测量距离与地图标注距离的关系，一般情况下实际距离与地图标出的比例设定为50000：1，而其他一些水准测量则是按照数字高程图来确定的。最后，在露天矿山正常高和大地高的测量工作中还需要对相关的水准面数据进行拟合，通常在数据拟合的过程中需要用到多种高等数学知识，例如成交函数和二次曲面等。而除了大地水准测量和静态测量可以采取二次曲面法或者简单的二次拟合方法之外，对于一些地质环境比较复杂的矿山地区，在进行水准测量数据拟合时可能会用到一些复杂的函数和计算方法，因此研究人员根据大量的实践数据制定了二次曲面模型基准点测试的标准。目前常用的标准是使用二次曲面模型最少需要6个控制点，而最小二乘法原理的选择标准则是要满足控制点的数量远远大于6个，只有根据实际的工作情况合理选择数据拟合方法才能够更好的实现数据拟合的最佳效果。

3 矿区GPS高程拟合模型

实际上高程测量体系以及高程拟合模型的建立需要大量的人力和物力资源支持才能够完成，而一般情况下，普通矿区的高程测量水准点的选取大多是以国家制定水准点为基础，以联测的方式获得相应的三级或者四级水准点。在构建高程时企业不仅仅要测得相应的水准点，同时还要以此为基础将各水准点连接成水准网，这样才能够得到一个具有独立性的高程测量系统，保障矿区测量工作的顺利开展。因此，对于一些经济实力比较弱的企业而言，筹集建设高程系统所需要的巨大资源成本并不是一件很容易完成的事情，只有一些经济实力雄厚的企业才能够真正实现高程测量和拟合系统的构建以及完善。但是对于露天矿上而言高程测量又具有极其重要的作用，为了保障矿山开发工作的正常进展，同时还需要兼顾到企业在施工过程中的经济效益，因此很多企业选择了用均匀布点来近似构建大地水准的方式实现对露天矿山测量工作的技术支持。在选点的过程中为了确保测量点选择的均匀性，相关工作人员需要充分考虑到地势变化因素对于测量结果精确度的影响，同时要在数据拟合之前选择一个科学合理的拟合模型，提高测量数据处理的可信度。

（1）大地基准面拟合方案设计。对于露天矿区的大地基准面测定，工作人员应该注重对矿区高程的整体把握，可以通过在矿区的外围合适地点选择四个高程控制点来提高高程系统的整体性。同时，通过改变高程控制点的数量可以进一步满足不同矿区的测量精确度要求，一般在露天矿山的中心区域高程控制点的数量选取不应该少于十个。此外，GPS技术在露天矿山测量工作中的应用也非常重要，工作人员在测量矿区静态网时会采用GPS机进行同步的观测和水准点的校正。在使用GPS机时一方面要关注仪器运行的稳定性，另一方面还要充分发挥出高程测量的协同作用，通过测量水准点与原水准点之间的联测来提高数据拟合的精度。

（2）外符精度。露天矿山高程测量工作中外符精度的测量主要用于验证拟合模型的精度是否符合标准，其工作形式一般采取RTK模拟计算的方式结合矿区高程测量数据结果的拟合参数，检测并剔除一部分异常数据值，确保露天矿山高程系统的精确性和数据真实性。同时，这种设计方案有效的提高了高程拟合控制点的均匀性，因此企业在采取这种设计方案时能够构建起控制点和检测点分布更加均匀的高程系统，有助于更显著的提高金属露天矿山测量与开采的工作效率，使我国的矿山测量达到更好的水平。