郭睿

摘要：GPS改變了傳統(tǒng)的礦區(qū)控制測(cè)量方法。在礦區(qū)測(cè)量中，GPS對(duì)簡(jiǎn)化測(cè)量作業(yè)過程和降低勞動(dòng)強(qiáng)度有明顯的作用，因此有必要探討GPS技術(shù)在礦區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用。本文介紹了GPS基本的工作原理，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)從作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、控制測(cè)量方法、平差計(jì)算和高程擬合4個(gè)方面論述了如何利用GPS技術(shù)在礦區(qū)控制測(cè)量以及如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在此基礎(chǔ)上提出幾點(diǎn)提高測(cè)繪精度的方法。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)工程；GPS技術(shù)；應(yīng)用

引言

隨著現(xiàn)代新興技術(shù)的快速發(fā)展，通信信息領(lǐng)域也有了翻天覆地的新變化，許多新技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。而GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)則是在通信信息技術(shù)方面運(yùn)用的最為廣泛的，在對(duì)土地地表及地形的測(cè)量和各種工程的監(jiān)測(cè)過程當(dāng)中起到了很大的作用。同時(shí)，GPS這門技術(shù)還被運(yùn)用在諸多方面，GPS技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中起到的重要作用顯而易見。

一、GPS測(cè)量的主要內(nèi)容

1.高程系統(tǒng)的主要內(nèi)容

什么是高程系統(tǒng)？就是針對(duì)不同特征的起算面，其中的內(nèi)容包括大地水準(zhǔn)面、橢球面、似大地水準(zhǔn)面等，這就是高程體系。但是從宏觀上來分，高程體系有劃分為三大系統(tǒng)，分別是大地高程、正高系統(tǒng)、正高程系統(tǒng)。大地高程就是大地地面點(diǎn)在三維空間坐標(biāo)系中所處的幾何位置，其中的表示方式是大地經(jīng)度、大地緯度、大地高程。大地高程的基準(zhǔn)面主要是一橢球面為基礎(chǔ)，主要是指在地面沿著法線到達(dá)橢球面的實(shí)際距離。大地高程可以通過衛(wèi)星大地進(jìn)行測(cè)量，也就是我們所熟知的GPS技術(shù)，還可以利用幾何和物理大地進(jìn)行結(jié)合測(cè)量。大地高程在物理方面是不具備實(shí)際價(jià)值的，其作用也只是在夜光幾何中才能體現(xiàn)。被測(cè)量點(diǎn)的正常高可以通過合重力和大地水準(zhǔn)面的方式進(jìn)行測(cè)量。征稿主要是指地面定點(diǎn)的鉛垂線到達(dá)大地平面的實(shí)際距離。在高程西永當(dāng)中把大地水準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)面的系統(tǒng)就是正高系統(tǒng)。其中正高Hg就是表示地面點(diǎn)通過垂涎到達(dá)大地水準(zhǔn)面的距離，其中的正常高Hr主要是指地面點(diǎn)通過正常重力線到達(dá)接近于大地水準(zhǔn)面的距離，這兩種方式所計(jì)算出的大地高程存在一定的差距。在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，，我們運(yùn)用正常高和大地高的方法比較多，正常高在我國(guó)高程系統(tǒng)當(dāng)中也是通用的。

一般情況下，我們?cè)谶M(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，對(duì)于似大地水準(zhǔn)面的測(cè)量都是運(yùn)用的GPS水準(zhǔn)高程的方式。在進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的時(shí)候，利用GPS網(wǎng)上的眾多公共點(diǎn)的普通高來測(cè)量各個(gè)點(diǎn)的GPS水準(zhǔn)值。再計(jì)算出似大地水準(zhǔn)面。從而算出各個(gè)點(diǎn)正常高的值。

2.正常高的確定可以利用多項(xiàng)式曲面擬合法

正常高的測(cè)量通常都是使用的曲面擬合法。這種方式是利用各個(gè)已經(jīng)確定下來的點(diǎn)的高程異常值來建立和大地水準(zhǔn)面相近的曲面，其運(yùn)用范圍也是在確定大地水準(zhǔn)面。平面坐標(biāo)和大地高的準(zhǔn)確熟知也可以使用GPS觀測(cè)后的數(shù)值進(jìn)行平差，然后得到最終結(jié)果。利用Hγ=Hg4-ξ的原理公式可以得出正常高的值。通過上面的公式可以發(fā)現(xiàn)要判定一個(gè)點(diǎn)的大地高數(shù)值和高程異常，才可以得到正確的結(jié)果。我們可以通過水準(zhǔn)高程的方法來求出高程異常，在利用GPS技術(shù)來測(cè)量出該區(qū)域的大地高，再使用水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的方法來求出正常高的值，這樣就可以求出高程異常的數(shù)值。運(yùn)用最多的則是多項(xiàng)式曲面擬合法，通過已經(jīng)得到的高程異常，再利用曲面擬合的方式來判斷GPS中的高程異常。把高程體系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再使用擬合函數(shù)的方式來求出相關(guān)點(diǎn)的高程異常。而通常采用的擬合模型有三種：

（1）常要二次曲面函數(shù)的擬合模型：

ξ=a0+a1Xi+a2Yi+a3+a4+a5XiYi-εi

（2）個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)以下的平面函數(shù)擬合模型：

ξ=a0+a1Xk+a2Yk–εk

（3）個(gè)聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)的矩陣型模型：

ξ=ξ1ξ2…ξ3 A=a0a1…an X=0XiYi…XiYi ε=ε1ε2…εn

ξ=AX-ε

上面所給出的三個(gè)方程都能列出各個(gè)已知點(diǎn)。我們?cè)谶M(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，對(duì)于各個(gè)點(diǎn)的擬合程度要保證在最佳狀態(tài)，通過不同的范圍和實(shí)際的區(qū)域狀況來轉(zhuǎn)變工作狀態(tài)，盡可能的去認(rèn)識(shí)各個(gè)大地水準(zhǔn)面的實(shí)際特征，從而找到各個(gè)點(diǎn)中最佳的參數(shù)資料，以便達(dá)到最好的擬合效果，建立各個(gè)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)要保證其中均衡性和最優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣才能保證非聯(lián)測(cè)點(diǎn)中高程異常的準(zhǔn)確程度。

3.多項(xiàng)式曲面擬合準(zhǔn)確程度的實(shí)際評(píng)價(jià)

1.在計(jì)算擬合殘差ν1時(shí)，可以通過公式把ξ1的值和擬合值ξ求出，再計(jì)算出其中的內(nèi)符合精度。公式如下：

μ=±[VV]/（n-1）

其中n表示V的數(shù)量。

2.通過已經(jīng)知道的擬合值和檢測(cè)點(diǎn)中的差值來進(jìn)行外部符合精讀的計(jì)算。外部符合精讀主要是利用M來表示，公式如下：

M=±[VV]/（n-1）

其中n表示檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量。

二、GPS高程測(cè)量在礦區(qū)工程中的實(shí)際運(yùn)用狀況

在礦區(qū)的控制網(wǎng)中一共設(shè)立了27個(gè)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)高程，再運(yùn)用32個(gè)GPS測(cè)量點(diǎn)套用多項(xiàng)式曲面擬合法來進(jìn)行相關(guān)的高程精度計(jì)算。

圖一為首級(jí)平面控制網(wǎng)中GPS的分布圖，圖二位控制網(wǎng)重合點(diǎn)高程異常，圖三為對(duì)比高程異常值，通過圖二的數(shù)值來設(shè)定重合點(diǎn)和擬合點(diǎn)。把已經(jīng)計(jì)算出的高程異常通過多想曲面擬合的方式來推算出其中的高程異常，再把擬合高程異常值和高程異常值進(jìn)行對(duì)比來測(cè)算出擬合殘差，在圖三中，我們可以看出，最大的擬合殘差值為0097米，最小的則為0002米。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？是因?yàn)闆]有進(jìn)行改正地形所造成的依據(jù)相關(guān)的公式測(cè)算出不準(zhǔn)確的結(jié)果為004米。高程點(diǎn)和擬合點(diǎn)的實(shí)際距離都是在5千米左右，其中該網(wǎng)的精度達(dá)到了0044毫米，和四等幾何水準(zhǔn)面的精讀相吻合。通過這個(gè)結(jié)論，我們可以發(fā)現(xiàn)在比較平坦的地方，我們就要把公共電分布的比較均勻，這樣使用多項(xiàng)式曲面擬合的方式所獲得的準(zhǔn)確度就會(huì)增加。加入在山地或是比較復(fù)雜的地形中，我們就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變。

三、結(jié)束語(yǔ)

GPD具有靈活、方便和不受通視、網(wǎng)形的限制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜地形的測(cè)量具有明顯的優(yōu)越性，GPS終端能實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化，能較少測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。在測(cè)繪時(shí)可用通過特定的軟件對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理。它改變了傳統(tǒng)的礦區(qū)控制測(cè)量的模式。在礦區(qū)測(cè)量中GPS對(duì)提稿生產(chǎn)力的作用尤為明顯，正確應(yīng)用GPS技術(shù)可以為礦區(qū)控制測(cè)量更好地服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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