利用GPS改造礦區(qū)控制網(wǎng)的實(shí)踐韓曉冬于勝文姜巖鄭文華摘要本文介紹了利用單、雙頻GPS接收機(jī)對(duì)礦區(qū)操縱網(wǎng)進(jìn)行改造的方法，并對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行了分析，得出了一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞GPS技術(shù)礦區(qū)操縱網(wǎng)1引言測(cè)繪信息網(wǎng)由于年久失修礦區(qū)中原有的操縱點(diǎn)有些丟失，有些操縱點(diǎn)由于地下開(kāi)采而發(fā)生了移動(dòng)。對(duì)原有的礦區(qū)操縱網(wǎng)進(jìn)行改造已成為一些礦區(qū)亟待解決的咨詢(xún)題，也是煤礦安全生產(chǎn)的前提保證。傳統(tǒng)礦區(qū)操縱網(wǎng)的改造方法是利用常規(guī)的觀測(cè)方法對(duì)礦區(qū)操縱網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)和平差，但這需要大量的人力、物力和財(cái)力。眾所周知，GPS技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域。建立GPS操縱網(wǎng)無(wú)需操縱點(diǎn)之間通視，不需要建筑覘標(biāo)，定位精度高，且定位精度不受構(gòu)成網(wǎng)本身的幾何條件的制約，能夠依照需要以不同的邊長(zhǎng)來(lái)布網(wǎng)，并以相同的精度將網(wǎng)點(diǎn)一次擴(kuò)展到所需要的密度。相關(guān)于傳統(tǒng)的操縱網(wǎng)，GPS操縱網(wǎng)還有觀測(cè)時(shí)刻短、操作簡(jiǎn)便、全天候作業(yè)等特點(diǎn)。因此利用GPS技術(shù)對(duì)原有的礦區(qū)操縱網(wǎng)進(jìn)行改造是專(zhuān)門(mén)經(jīng)濟(jì)可行的方法。測(cè)繪信息網(wǎng)2差不多情形該礦區(qū)中心地理位置為東經(jīng)115°34′，北緯36°03′。原操縱網(wǎng)有操縱點(diǎn)54個(gè)，平均邊長(zhǎng)8km，為礦區(qū)首級(jí)操縱網(wǎng)。由于建網(wǎng)時(shí)刻較長(zhǎng)，大部分點(diǎn)都不同程度地遭到破壞，為了保證煤礦的安全生產(chǎn)，決定用GPS技術(shù)對(duì)原網(wǎng)進(jìn)行重新觀測(cè)。測(cè)區(qū)內(nèi)有國(guó)家二等三角點(diǎn)兩個(gè)，經(jīng)檢查能夠

作為該次測(cè)量的起算數(shù)據(jù)（附圖中的0001和0002號(hào)點(diǎn)）。新的GPS網(wǎng)采納1980年西安坐標(biāo)系及相應(yīng)的橢球參數(shù)。依照測(cè)區(qū)的具體情形，為了使投影變形最小，決定采納任意帶，即選擇116°經(jīng)線(xiàn)作為投影帶的軸子午線(xiàn)，投影面選擇高斯投影面。本次GPS操縱網(wǎng)采納首級(jí)操縱網(wǎng)與近井點(diǎn)同時(shí)布設(shè)、同時(shí)觀測(cè)，一次平差完成。3作業(yè)方法測(cè)繪信息網(wǎng)3.1作業(yè)依據(jù)和設(shè)備作業(yè)依據(jù)要緊有：（1）國(guó)家能源部1989年制定的《煤礦測(cè)量規(guī)程》；（2）國(guó)家城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境愛(ài)護(hù)部1985年4月頒發(fā)的《都市測(cè)量規(guī)范》；（3）國(guó)家測(cè)繪局1992年6月8日公布的《全球

定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》；（4）項(xiàng)目合同書(shū)中有關(guān)的專(zhuān)門(mén)要求。采納的儀器設(shè)備有：德國(guó)蔡司廠產(chǎn)GePosZeissRD24雙頻接收機(jī)三臺(tái)，RS12單頻接收機(jī)一臺(tái)，東芝便攜式筆記本電腦一臺(tái)，汽車(chē)四部及通訊設(shè)備。GPS接收機(jī)在作業(yè)前均通過(guò)測(cè)繪儀器檢測(cè)中心檢測(cè)，性能和精度均符

合標(biāo)稱(chēng)精度。測(cè)繪信息網(wǎng)附圖3.2布網(wǎng)方案測(cè)繪信息網(wǎng)依照原操縱網(wǎng)的布設(shè)情形及操縱點(diǎn)的完好程度，考慮到今后的進(jìn)展，在每個(gè)礦井選擇一個(gè)

首級(jí)網(wǎng)操縱點(diǎn)和一個(gè)近井點(diǎn)，先在1∶1000的地勢(shì)圖上進(jìn)行選點(diǎn)，編寫(xiě)技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)。然后到實(shí)地

進(jìn)行野外踏勘最終確定點(diǎn)位。點(diǎn)位的選擇要求〔1〕：（1）遠(yuǎn)離大功率的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射臺(tái)和高壓

輸電線(xiàn)，一樣距離不得小于200m；（2）鄰近無(wú)大面積水域，以減弱多路徑效應(yīng)的阻礙；（3）

視場(chǎng)開(kāi)闊，周?chē)ㄖ锏母叨冉切∮?0°～15°；（4）所選的點(diǎn)位應(yīng)不受今后采礦的阻礙；（5）近井點(diǎn)要求至少與一個(gè)操縱點(diǎn)通視，以便于礦井的使用。埋石按《全球定位系統(tǒng)（GPS）

測(cè)量規(guī)范》的7.1～7.4款執(zhí)行，地面埋石與房頂澆鑄靈活運(yùn)用。

本次GPS操縱網(wǎng)共選擇首級(jí)操縱點(diǎn)10個(gè)，近井點(diǎn)7個(gè)。用4臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，組成同步環(huán)。同步環(huán)之間用邊連接，如附圖所示，共組成9個(gè)四邊形同步環(huán)，復(fù)測(cè)基線(xiàn)10條。要緊指標(biāo)列于表1。表1技術(shù)設(shè)計(jì)要緊指標(biāo)等級(jí)總點(diǎn)數(shù)基線(xiàn)總數(shù)獨(dú)立基線(xiàn)數(shù)復(fù)測(cè)基線(xiàn)數(shù)D195427103.3外業(yè)數(shù)據(jù)采集測(cè)繪信息網(wǎng)第一用武漢測(cè)繪科技大學(xué)所編寫(xiě)的利普Lip3.2平差軟件編制GPS外業(yè)觀測(cè)打算，依照測(cè)區(qū)的近似經(jīng)緯度、作業(yè)日期及每天作業(yè)的起止時(shí)刻，分不運(yùn)算打印出每天從上午6點(diǎn)至晚上21點(diǎn)時(shí)段內(nèi)的可見(jiàn)衛(wèi)星直方圖和精度因子圖（DOP值），選擇有效衛(wèi)星個(gè)數(shù)多、DOP值較小的最佳觀測(cè)時(shí)

段，躲開(kāi)不利的觀測(cè)時(shí)段。測(cè)量模式采納快速靜態(tài)測(cè)量方式，衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥5，精度因子GDOP值≤5，數(shù)據(jù)采樣率15s，有效觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度≥40min。近井點(diǎn)所構(gòu)成的同步閉合環(huán)觀測(cè)時(shí)刻為30min。

在野外觀測(cè)時(shí)，天線(xiàn)安置要嚴(yán)格整平、對(duì)中，天線(xiàn)高度在觀測(cè)前和觀測(cè)后各量一次，兩次互差不超過(guò)±3mm。同步觀測(cè)時(shí)要保證外業(yè)觀測(cè)打算中的開(kāi)機(jī)時(shí)刻和關(guān)機(jī)時(shí)刻，不得拖后開(kāi)機(jī)和提早關(guān)機(jī)。如有專(zhuān)門(mén)情形要及時(shí)通知其他測(cè)站，以便延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)刻，使得同步觀測(cè)時(shí)刻≥40min

或30min，及時(shí)填寫(xiě)觀測(cè)手簿，觀測(cè)過(guò)程中，觀測(cè)者應(yīng)坐在接收機(jī)旁，但頭頂不能超過(guò)接收機(jī)天線(xiàn)，注意數(shù)據(jù)的接收情形，如衛(wèi)星數(shù)、信噪比、精度因子變化等。臨近終止時(shí)還要記錄該測(cè)站的近似坐標(biāo)。

每天測(cè)量終止后，要將數(shù)據(jù)及時(shí)錄入筆記本電腦中，并進(jìn)行基線(xiàn)的平差運(yùn)算和同步環(huán)閉合差的檢查，以確保數(shù)據(jù)的安全正確和可靠。4GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理測(cè)繪信息網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的全過(guò)程均采納利普Lip3.2平差軟件完成。該軟件具有星歷預(yù)報(bào)、編制測(cè)量打算、基線(xiàn)解算和網(wǎng)平差的功能。基線(xiàn)解算完成后，形成相應(yīng)的基線(xiàn)結(jié)果文件，供運(yùn)算者檢查和網(wǎng)平差時(shí)調(diào)用。基線(xiàn)結(jié)果文件的內(nèi)容包括：WGS—84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)增量、雙差及三差解算

結(jié)果、殘差等。網(wǎng)平差軟件中提供了WGS—84坐標(biāo)系和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的結(jié)果解算報(bào)告。測(cè)繪信息網(wǎng)4.1基線(xiàn)解算第一打開(kāi)利普軟件，在菜單中點(diǎn)擊基線(xiàn)解算，用獵取數(shù)據(jù)調(diào)出GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，利普軟件能調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（Rinex）、Trimble、Navsymm、Sokkia、Zeiss和Novatal數(shù)據(jù)。調(diào)出數(shù)據(jù)后該

軟件能自動(dòng)形成基線(xiàn)示意圖，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊每個(gè)測(cè)站點(diǎn)，與野外記錄手簿進(jìn)行對(duì)比，必要時(shí)能夠修改天線(xiàn)高度和點(diǎn)號(hào)。在選項(xiàng)菜單中能夠選擇數(shù)據(jù)解算類(lèi)型、解算方式以及操縱參數(shù)等。

參數(shù)設(shè)計(jì)好以后就可進(jìn)行基線(xiàn)解算。能夠在結(jié)果菜單中查看基線(xiàn)解算的結(jié)果。對(duì)不符合要求的測(cè)繪信息網(wǎng)

基線(xiàn)能夠進(jìn)行刪除。

基線(xiàn)解算后要對(duì)外業(yè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，要緊檢驗(yàn)的項(xiàng)目有：

a同步環(huán)坐標(biāo)重量及全長(zhǎng)閉合差應(yīng)滿(mǎn)足：（WX,WY,WZ）≤

Ws=W2X+W2Y+W2Z≤2σnb復(fù)測(cè)基線(xiàn)較差應(yīng)滿(mǎn)足：

ΔS≤2σ式中

a——接收機(jī)的固定誤差（mm）；

b——比例誤差；

s——環(huán)中基線(xiàn)的平均長(zhǎng)度；

n——閉合環(huán)基線(xiàn)條數(shù)。

不符合上述限差的閉合環(huán)或基線(xiàn)，可能是由于下述緣故所造成：（1）接收機(jī)可能接收到不良的衛(wèi)星信號(hào)；（2）測(cè)站的觀測(cè)環(huán)境較差；（3）多路徑效應(yīng)干擾嚴(yán)峻；（4）有效觀測(cè)時(shí)刻不足。要依照全網(wǎng)的具體情形分析怎么講是那一條基線(xiàn)含有粗差，關(guān)于含有粗差的基線(xiàn)要及時(shí)剔除，分析緣故，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行重測(cè)，以確保成果的整體質(zhì)量。4.2基線(xiàn)質(zhì)量綜述測(cè)繪信息網(wǎng)本次GPS操縱網(wǎng)按設(shè)計(jì)要求共觀測(cè)19個(gè)點(diǎn)，45條基線(xiàn)，平均邊長(zhǎng)11.23km，最長(zhǎng)基線(xiàn)邊長(zhǎng)24.29km，最短基線(xiàn)邊長(zhǎng)102m，組成9個(gè)四邊形同步觀測(cè)環(huán)，10條復(fù)測(cè)基線(xiàn)，同步環(huán)與同步環(huán)之間用基線(xiàn)邊連接。同步環(huán)及復(fù)測(cè)基線(xiàn)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2和表3。統(tǒng)計(jì)結(jié)果講明，該GPS操縱網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)及內(nèi)表2同步環(huán)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)相對(duì)精度（10－6）＜1．01．1～2．02．1～3．03．1～4．0平均值最大值同步環(huán)個(gè)數(shù)15211.873.90所占百分比11.1％55.6％22.2％11.1％表3復(fù)測(cè)基線(xiàn)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)相對(duì)精度（10－6）＜1.01．1～4．04．1～6．06．1～8．0平均值最大值復(fù)測(cè)基線(xiàn)個(gè)數(shù)14323.927.81所占百分比10.0％40.0％30.0％20.0％業(yè)基線(xiàn)解算質(zhì)量良好。測(cè)繪信息網(wǎng)5GPS操縱網(wǎng)平差及精度分析打開(kāi)利普軟件中的網(wǎng)平差菜單，用獵取基線(xiàn)調(diào)入基線(xiàn)解算數(shù)據(jù)，程序自動(dòng)構(gòu)成網(wǎng)圖，在網(wǎng)

圖上點(diǎn)擊基線(xiàn)構(gòu)成閉合環(huán)，可得到環(huán)閉合差，以供檢查和運(yùn)算用。用輸入菜單輸入坐標(biāo)系和三

維坐標(biāo)或二維坐標(biāo)，坐標(biāo)系可選擇WGS—84坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系。然后進(jìn)行平差。在結(jié)果菜單中能夠輸出WGS—84坐標(biāo)系和地點(diǎn)坐標(biāo)系的平差結(jié)果。

本次GPS操縱網(wǎng)在WGS—84坐標(biāo)系和在西安80坐標(biāo)系中的平差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。測(cè)繪信息網(wǎng)表4WGS—84坐標(biāo)系三維無(wú)約束平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)單位權(quán)中誤差(mm)最弱邊相對(duì)中誤差最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差（mm）平均點(diǎn)位中誤差（mm）2.061∶9.4萬(wàn)15.87.3表5西安80坐標(biāo)系二維約束平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)單位權(quán)中誤差(mm)最弱邊相對(duì)中誤差最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差（mm）平均點(diǎn)位中誤差（mm）2.531∶8.9萬(wàn)18.79.5由表4、表5可看出，本次GPS操縱網(wǎng)的精度是相當(dāng)高的。6結(jié)論測(cè)繪信息網(wǎng)

通過(guò)這次對(duì)礦區(qū)操縱網(wǎng)改造的具體實(shí)施，可得出如下結(jié)論：

a運(yùn)用GPS技術(shù)布設(shè)礦區(qū)操縱網(wǎng)，不僅能達(dá)到較高的精度，而且點(diǎn)位精度分布較平均。

bGPS操縱網(wǎng)差不多不受邊長(zhǎng)的限制，邊長(zhǎng)能夠相差較大，比常規(guī)的三角網(wǎng)的布設(shè)靈活方便，且點(diǎn)間無(wú)需通視，省去了造標(biāo)的費(fèi)用。

cGPS操縱網(wǎng)能夠多級(jí)網(wǎng)同時(shí)布設(shè)、同時(shí)觀測(cè)。低級(jí)操縱點(diǎn)所構(gòu)成的同步環(huán)的觀測(cè)時(shí)刻能夠縮短，且低級(jí)操縱點(diǎn)不一定要構(gòu)成網(wǎng)型，只要與高級(jí)網(wǎng)有一