基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术探讨

余 飞

（江西省核工业地质局二六五大队，江西 鹰潭 335001）

新疆多金属矿山势陡峻巍峨，属高山区，海拔在2500m～3500m，高差在500m～1200m之间，地形陡峻，切割较深。区域内属大陆性高山气候，日最高气温平均40℃，最低达2℃，年平均气温26.5℃，昼夜温差较大，主要水系为中昆仑冰川发育带，全年平均降水量为436.6mm，是金属资源重点开采矿区。由于新疆多金属矿地区交通不便，山脉纵横，地形勘查环境恶劣，对于新疆多金属矿地形测量具有很高的难度。目前，针对新疆多金属矿地形测量技术研究中，普遍存在覆盖范围小、测量时间长、采样点有限以及精准度不足等问题，导致新疆多金属矿地形测量实际效果很难达到预期，无法实现高精度地形测量。GPS控制测量作为测量技术中的一种，具有自动灵活、高效精准、成本低廉的优势，通过结合信息技术利用同时观测的信号进行做差处理将俩个测站的公共误差消除掉从而使两个测站的相对位置（也就是基线向量）非常的准确，达到控制测量的要求。GPS控制测量一经提出，立即受到测量方面的重点关注[1]。在我国，针对地形测量方面的研究十分普遍，但大多数测量方法很难满足新疆多金属矿地形大比例尺测量的精度要求。本文通过将GPS控制测量应用在新疆多金属矿地形测量技术中，为新疆多金属矿地形测量提供一个崭新发展方向。结合路凯提出的工程测量中GPS控制测量平面与高程精度分析中表明，地形测量中GPS控制测量运用的亮点之处在于通过GPS控制测量能够对测量物体的相对位置进行精准表达，实现地形测量[2]。本文依次为研究依据，进行基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术探讨，通过设计基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术，致力于提高新疆多金属矿地形测量精度。

1 基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术

本文结合GPS控制测量为新疆多金属矿地形测量提供的优化方法，根据新疆多金属矿地形特点，设计基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术具体流程为：首先，基于GPS控制测量布设GPS控制测量网；而后，获取数字化地形测量数据；再通过地形测量数据处理，提取地形测量数据中的特征参数；最后，对得到的地形测量数据进行闭合环检验。上述为通过GPS控制测量进行新疆多金属矿地形测量信息提取的整体流程，以下将从布设测量网、数据获取、信息处理以及地形测量数据检验4个方面，开展基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术的设计，结合GPS控制测量实现高精度新疆多金属矿地形测量信息的图区。具体研究内容，如下文所述。

1.1 布设GPS控制测量网

据相关调查表明，新疆多金属矿地形平差后测角中误差为±1.52。基于此，本次新疆多金属矿地形测量采用GPS接收机，以新疆多金属矿地形中平差后测角的最弱边作为新疆多金属矿C级GPS控制网的起算点，布设GPS控制测量网。设置数据采集间隔为20秒；外业观测技强度因子低于10；测量时间段长度不超过60分钟；采用的测量方式为载波相位。

1.2 获取数字化地形测量数据

为获取新疆多金属矿数字化地形测量数据，在GPS控制测量网区域设置测量点，并将其作为新疆多金属矿地形测量的结构基准，结合数字化制图技术对该区域地形测量数据进行数字化仪输入。通过对新疆多金属矿地形测量信息智能扫描矢量化输入，利用数字化地形测量数据中的特征点、线、面，确定测量参数结构。利用Smart 3D软件确定新疆多金属矿地形测量参数结构的具体流程为：首先，加载地形测量信息，引入GPS控制点以及相关参数；而后，采集pos数据，获取pos数据原始坐标；在此基础上，通过空三对pos数据原始坐标进行加密处理；最后，提取密集点云，以游标跟踪和记录相结合的方式对新疆多金属矿地形测量数据进行精准采集。通过得到的地形测量参数结构，为下文地形测量数据处理提供基础点位支持。

1.3 地形测量数据处理

基于上述获取的数字化地形测量数据，进行地形测量数据处理。首先，针对上述收集的数字化地形测量数据进行自校验，实现对新疆多金属矿地形的区域性划分。而后，可以通过二次整理剩余的数据，去除边缘模糊的数据。在此基础上，通过人工解读判断地形测量信息的具体应用，一方面为了提升数据在处理的准确性，另一方面可为测量提供基本测量数据信息。最后，进行数据信息的提炼，实现对数字化地形测量数据的处理。根据上述地形测量数据处理流程，为剔除重投影误差，对重投影误差进行有效计算。设重投影误差的平方和的函数表达式为，则其计算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，m指的是场景稀疏点云；j指的是一个变量；v指的是最小化投影点；f指的是新疆多金属矿地形测量点；P指的是误匹配点；C指的是GPS控制测量待求参数；X指的是空间点坐标；q指的是GPS控制测量网最佳位置。通过公式（1）可得出重投影误差的平方和，满足新疆多金属矿地形测量数据处理的高精度要求。

1.4 地形测量数据闭合环检验

在完成地形测量数据处理的基础上，为检查控制网的精度情况，还需要对地形测量数据进行闭合环检验。

地形测量数据闭合环检验的具体流程为：首先，统计出地形测量数据中环闭合差大小，通过环闭合差大小直接反映出GPS控制测量网内部结构强度；而后，进行三节点闭合环检，也就是说在GPS控制测量网中，保证每条边至少被检查过1次；最后，根据得出的检验结果，合格率在98%以上时，输出新疆多金属矿地形测量结果，完成地形测量数据闭合环检验。

2 实例分析

2.1 实验准备

本文设计了如下的对比实验，整体实验均在新疆多金属矿相同环境下进行，针对新疆多金属矿地形开展相应的测量工作。在新疆多金属矿内布置了8个控制点，其中4个控制点作为测量精度配准控制点，剩余的4个控制点作为技术精度验证点。

本次实验内容为对新疆多金属矿地形测量相邻点之间的距离平差进行对比，设置本文基于GPS控制测量设计的测量技术为实验组，传统测量技术为对照组，并采集8组实验数据，通过将实验数据进行对比，测量相邻点之间的距离平差越低证明该测量技术的测量精度也就越高。

2.2 实验结果及分析

结合上述对实验的设计，将实验后收集的数据进行对比分析。两种技术下测量相邻点之间的距离平差具体对比数值，如下表1所示。

表1 测量相邻点之间的距离平差对比结果

通过表1可以得出结论：在地形条件及外界因素相同的条件下，本文设计的技术测量相邻点之间的距离平差明显低于实验对照组，其测量精度更高，可以实现新疆多金属矿地形测量中的精准测量。因此，可以证明文章设计的测量技术能够满足新疆多金属矿地形测量的精度要求。

3 结语

本文通过对基于GPS控制测量的新疆多金属矿地形测量技术探讨，以实验的方式证明了GPS控制测量在新疆多金属矿地形测量中的实用性。由于运用GPS控制测量在地形测量的过程中，即便遭受到外界环境的干扰，但外界干扰对地形测量结果产生的具体影响较小。因此，有理由加大GPS控制测量在新疆多金属矿地形测量中的应用，提升新疆多金属矿地形测量工作的精准程度。通过以上研究，希望能够为新疆多金属矿地形测量提供一定程度上的参考与借鉴。