張海港

0 引言

采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)進行礦山測量具有精度高、靈活性強、工作效率高等特點。GPS靜態(tài)定位技術(shù)自1992年首次在山西陽泉礦區(qū)應(yīng)用以來,我們應(yīng)用GPS靜態(tài)定位技術(shù)完成了多項大型的礦山測量工作,其中包括五礦12 km特大型貫通近井點測量工程、晉南分公司45個資源整合小煤窯近井網(wǎng)控制測量、中小企業(yè)集團地籍測量等重點工程的控制測量等。通過多年應(yīng)用GPS技術(shù)到礦山測量的生產(chǎn)實踐,積累了豐富的經(jīng)驗。下面重點總結(jié)一下在如何提高靜態(tài)GPS測量的質(zhì)量,提高其測量精度方面的一些做法和體會,以供同行參考。

1 提高GPS控制測量質(zhì)量及精度的做法

1.1 布網(wǎng)方案的要求

GPS網(wǎng)應(yīng)根據(jù)任務(wù)的要求、測區(qū)自然狀況、交通情況進行設(shè)計,既要考慮近期礦井建設(shè)的需要,又要考慮礦區(qū)長遠規(guī)劃的需要及礦區(qū)工業(yè)廣場數(shù)字化測圖圖根點加密的需要,本著確保測量精度、效率高、費用省的原則布設(shè)。

1)首先根據(jù)靜態(tài)GPS控制網(wǎng)的等級確定其規(guī)范要求的精度和基線的邊長。例如四等GPS平面控制網(wǎng)要求平均基線邊長為2 km,最弱邊相對誤差為1/45000,所以在布設(shè)四等GPS網(wǎng)時就要考慮基線在2 km左右。

2)布網(wǎng)設(shè)計中要考慮舊有控制點及其標(biāo)石的利用。特別是作為GPS網(wǎng)平差的約束點、校核點的利用和在網(wǎng)內(nèi)的位置是否有利于平差精度的控制,如起算點要均勻地分布在四周有利于精度的控制。

3)布網(wǎng)應(yīng)從起算點開始,最好以邊連式連網(wǎng)方式組成整體網(wǎng)。連接后,應(yīng)便于組成較長的同步環(huán)、異步環(huán)及復(fù)測基線,使GPS網(wǎng)具有較強的幾何強度和多余觀測及盡量做到重復(fù)設(shè)站,使GPS網(wǎng)具有一定的可靠性,為GPS網(wǎng)的整體精度提供保證,特別是進行大型貫通測量時不同井口之間的控制點最好組成同步觀測環(huán)。

4)根據(jù)測區(qū)大小和測區(qū)的地形情況,控制網(wǎng)要聯(lián)測足夠多數(shù)量的水準(zhǔn)點,提高全網(wǎng)高程的精度。依據(jù)經(jīng)驗,平原地區(qū)聯(lián)測水準(zhǔn)高程點數(shù)不宜少于6個,山區(qū)參加高程聯(lián)測點數(shù)不少于10個,要求水準(zhǔn)高程點在測區(qū)內(nèi)均勻分布。

1.2 選點要求

1)點位要選在通視良好,易于擴展的制高點上,以便于低等點的加密。周圍應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作,視野開闊,視場內(nèi)障礙物的高度角不易超過15°。

2)地面基礎(chǔ)穩(wěn)定,易于點的保存,要充分考慮下覆采空區(qū)的影響及近期規(guī)劃的需要。點的位置要盡量選在村莊、鐵路、公路留設(shè)保護煤柱范圍內(nèi),以保證所埋標(biāo)石能長期保存。

3)點的位置要保證觀測工作的方便進行,應(yīng)選在土質(zhì)堅實且排水良好的高地上,離開公路、鐵路、高壓電線、水域和其他高大建筑有一定距離。遠離大功率無線電發(fā)射源(如電視臺、電臺、微波站等),其距離不小于200 m;遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道,其距離不小于50 m。

4)充分利用舊有控制點。利用舊點時,應(yīng)檢查舊點的穩(wěn)定性、可靠性和完好性,符合要求方可利用,盡量利用原來點名。

5)點位應(yīng)考慮日后用常規(guī)加密的方便,點位之間最好通視,或至少有一個方向通視。布點還應(yīng)兼顧到RTK作業(yè)模式以及連續(xù)運行參考站使用方面的便利,有無網(wǎng)絡(luò)信號等情況。

1.3 外業(yè)觀測

外業(yè)觀測的質(zhì)量是保證GPS測量原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。為提高其觀測精度,在外業(yè)觀測前要對所有參加作業(yè)的儀器進行鑒定。并根據(jù)接收機的數(shù)目制定詳細的觀測計劃,便于作業(yè)組織調(diào)度,提高工作效率,具體還應(yīng)滿足如下要求:

1)根據(jù)星歷預(yù)報每個同步觀測時間均應(yīng)安排在每天的最佳觀測時段,每時段最少跟蹤4顆衛(wèi)星,精度因子PDOP值均小于6。

2)在測站上,天線嚴(yán)格整平對中,天線固定標(biāo)志大致朝北,天線高在測前、測后精確量取,誤差不得超過3 mm,采用平均值,讀數(shù)精確到1 mm。

3)每時段觀測時間根據(jù)規(guī)范要求,其時間長短,應(yīng)根據(jù)基線的長短而定,基線長小于9 km時,觀測時間取60 min為宜,數(shù)據(jù)采集間隔一般采用15 s。

4)觀測過程中,觀測者應(yīng)觀察數(shù)據(jù)接收情況,如衛(wèi)星數(shù)、精度因子變化及點位周圍環(huán)境、觀測邊的長度等因素,靈活掌握觀測時間。

5)為確保數(shù)據(jù)安全,每天的觀測數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳輸至微機存盤保存并做好備份工作,每天測站的點名、點號、天線高的輸入應(yīng)準(zhǔn)確無誤。

1.4 GPS的數(shù)據(jù)處理及GPS網(wǎng)的平差

1)數(shù)據(jù)處理。

當(dāng)天觀測數(shù)據(jù)最好當(dāng)天進行基線處理,數(shù)據(jù)處理一般利用隨機軟件來進行解算,若需要使用其他軟件進行處理,需要對不兼容的數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換?；€解算主要通過改變衛(wèi)星高度截止角、電離層模型改正方式、編輯周跳等,使基線解算方式為固定,當(dāng)然如果基線長度超過20 km也可以采用浮點解。衡量基線解算質(zhì)量的三個參數(shù)為比率(ratio)、參考變量(reference factor)、均方根(rms),比率大于3為好,越大越好。參考變量越小越好。均方根越小越好?；€處理完后通過查看基線報告中的同步環(huán)、異步環(huán)、重復(fù)基線等多項檢核來檢驗觀測數(shù)據(jù)的精度和有效性,對誤差超限的基線進行適當(dāng)處理或進行復(fù)測,以確保外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。

2)GPS網(wǎng)平差處理。

在WGS-84大地坐標(biāo)系中的三維無約束平差是以全網(wǎng)的坐標(biāo)起算點起算,以GPS基線向量為觀測值,在 WGS-84坐標(biāo)中進行三維無約束平差。平差后提供了WGS-84坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)及相應(yīng)的精度指標(biāo),主要包括基線向量三個坐標(biāo)差觀測值的總改正數(shù)、基線邊長幾點位和邊長的精度信息。通過對精度指標(biāo)是否超限來考察GPS網(wǎng)的內(nèi)部附合精度。如平差后的最弱邊相對精度必須符合規(guī)范規(guī)定的限差要求。

2 提高靜態(tài)GPS控制測量質(zhì)量及精度的體會和建議

1)為提高GPS網(wǎng)的精度,起算點應(yīng)均勻分布測區(qū)周圍,測區(qū)較大時必須聯(lián)測一定數(shù)量水準(zhǔn)高程點,提高GPS高程擬合精度。

2)GPS控制網(wǎng)中的已知點精度的匹配問題。由于各個礦區(qū)高等控制點因采動影響而被破壞,僅有的控制點可能是不同的年代采用不同的方法所得,所以起算點內(nèi)附合精度較低,所以在約束平差前要對GPS網(wǎng)中已知點的坐標(biāo)的精度進行認真的分析和檢驗,檢驗方法是對已知點進行分組約束平差試算,找出匹配的平差精度高的已知點。

3)對GPS控制網(wǎng)的成果的檢驗。一些大型貫通工程因為本身精度要求較高,為檢查GPS控制網(wǎng)的精度,可以采取全站儀測量導(dǎo)線的方法對GPS的邊長和角度進行檢查,根據(jù)檢查的結(jié)果必要時對GPS控制網(wǎng)進行約束角度及重新平差。

4)GPS作業(yè)人員要有高度的責(zé)任心。這對確保觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和平差計算成果的精度是至關(guān)重要的。具體要求是在靜態(tài)測量中,要保證測站點名、點號、儀器高、天線高輸入的正確并認真做好外業(yè)記錄。在內(nèi)業(yè)平差計算時,對坐標(biāo)系的選擇、投影的設(shè)置、約束點的坐標(biāo)進行反復(fù)校對,保證其正確無誤。

[1]王建忠.GPS靜態(tài)定位技術(shù)在測量控制網(wǎng)建立中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(14):354-355.