控制測(cè)量在礦山地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用

陸 紅

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局六總隊(duì)，貴州 凱里 556000）

做好礦山地質(zhì)測(cè)量、地質(zhì)調(diào)查工作，認(rèn)真貫徹落實(shí)相關(guān)政策，建立完善施秉縣地質(zhì)調(diào)查工作，確保地質(zhì)調(diào)查工作的平穩(wěn)過(guò)渡，全面整合地質(zhì)資料。在礦山地質(zhì)測(cè)量工作開始前，開展GNSS靜態(tài)控制測(cè)量工作。

為全力保障礦山地質(zhì)測(cè)量工作順利開展，需要在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)建立GNSS控制網(wǎng)和圖根控制點(diǎn)，其中，控制網(wǎng)采取D級(jí)控制網(wǎng)規(guī)范布設(shè),采用靜態(tài)控制測(cè)量方式施測(cè)。圖根控制點(diǎn)的選點(diǎn)、埋設(shè)按《城市測(cè)量規(guī)范》和《全球定位系統(tǒng)（GNSS）測(cè)量規(guī)范》（GBT18314—2009）等規(guī)范要求來(lái)進(jìn)行，以滿足本項(xiàng)目區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)測(cè)量要求為首要條件，條件好的地段采用RTK圖根點(diǎn)測(cè)量，其他有影響GNSS觀測(cè)條件的地方采用圖根光電測(cè)距導(dǎo)線測(cè)量。

1 技術(shù)路線

1.1 GNSS控制網(wǎng)的整體網(wǎng)形設(shè)計(jì)

本次地質(zhì)測(cè)量面積共約30平方公里，在測(cè)區(qū)內(nèi)共布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)30個(gè)。在測(cè)量控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)中，根據(jù)各控制點(diǎn)之間幾何關(guān)系形成連接形式一般主要分為邊連接式控制網(wǎng)、點(diǎn)連接式控制網(wǎng)、網(wǎng)連接式控制網(wǎng)等比較常用的控制網(wǎng)連接形式，其他網(wǎng)形包括邊點(diǎn)混合連接式控制網(wǎng)、三角鎖連接式控制網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)連接式控制網(wǎng)等其他形式的控制網(wǎng)在傳統(tǒng)測(cè)量工作中使用較少。

在以上幾種常規(guī)控制網(wǎng)布設(shè)形式中，邊連接式控制網(wǎng)的特點(diǎn)是由多公共邊來(lái)連接控制網(wǎng)中相鄰之間的圖形，所以，該方法有多條復(fù)測(cè)邊，異步環(huán)可以對(duì)觀測(cè)成果起到檢查的作用，能夠加強(qiáng)控制網(wǎng)的幾何圖形強(qiáng)度，提高控制測(cè)量成果的可靠性。點(diǎn)連接式控制網(wǎng)的特點(diǎn)就是控制網(wǎng)中相鄰的圖形之間只有一個(gè)公共點(diǎn)，沒(méi)有公共邊作為檢測(cè)邊，這種控制網(wǎng)的幾何強(qiáng)度不高而且控制測(cè)量成果可靠性差，因此，在現(xiàn)代測(cè)繪工作中，很少用到點(diǎn)連接式的控制網(wǎng)，特別是在礦山地質(zhì)測(cè)量這種測(cè)繪精度要求高的工作中。網(wǎng)連接式控制網(wǎng)的特點(diǎn)是控制網(wǎng)的幾何強(qiáng)度很強(qiáng)，控制測(cè)量成果的可靠性很高，但是在實(shí)際工作中需要4臺(tái)以上的GNSS接收機(jī)才能施測(cè)作業(yè)，且需要的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本較大，所以網(wǎng)連接式控制網(wǎng)一般用于非常高精度的測(cè)量中。

根據(jù)以上分析，礦山地質(zhì)測(cè)量適合采用邊連接式控制網(wǎng)，連接式控制網(wǎng)無(wú)論是圖形的幾何強(qiáng)度，還是控制網(wǎng)的可靠性，都能夠得到保證，其控制測(cè)量成果可以滿足本次礦山地質(zhì)測(cè)量的精度要求。

1.2 野外選點(diǎn)埋石

1.2.1 選點(diǎn)

為檢驗(yàn)GNSS靜態(tài)控制測(cè)量成果，通常在選點(diǎn)時(shí)選擇其中兩個(gè)以上的測(cè)量控制點(diǎn)通視，有利于用全站儀等其他測(cè)量?jī)x器對(duì)控制點(diǎn)成果進(jìn)行檢核與控制點(diǎn)加密工作?？刂泣c(diǎn)的選點(diǎn)工作對(duì)控制測(cè)量成果影響較大，好的控制點(diǎn)點(diǎn)位能夠保證控制點(diǎn)的觀測(cè)過(guò)程更加順利，還能夠提升觀測(cè)質(zhì)量，因此，控制點(diǎn)的選點(diǎn)工作應(yīng)該遵守以下原則：

（1）在室內(nèi)1∶1萬(wàn)比例尺的地形圖上進(jìn)行控制點(diǎn)的點(diǎn)位設(shè)計(jì)后，到實(shí)地考察控制點(diǎn)點(diǎn)位的地質(zhì)條件，避免選擇在土質(zhì)松軟、地質(zhì)條件不穩(wěn)定的地方。選擇相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)位，可以讓控制點(diǎn)長(zhǎng)期保存、長(zhǎng)期使用且不易被下雨、沉降等天氣、環(huán)境因素影響而破壞。

（2）點(diǎn)位周圍比較空曠，在點(diǎn)位的四周高度角15°以上，避免有成片的障礙物，點(diǎn)位的四周高度角15°以上有過(guò)多的障礙物會(huì)影響控制點(diǎn)在觀測(cè)的時(shí)候GNSS接收機(jī)接受衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)后期控制測(cè)量成果影響較大，甚至成果不能滿足礦山地質(zhì)測(cè)繪要求。

（3）控制點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)距離電臺(tái)、微波中繼站等信號(hào)發(fā)射區(qū)域超過(guò)200m，距離高壓線、變壓器等信號(hào)干擾源超過(guò)50m，這些電磁信號(hào)發(fā)射源距離控制點(diǎn)近的話，強(qiáng)大的電磁場(chǎng)對(duì)接收機(jī)接受GNSS信號(hào)的影響較大。

（4）控制點(diǎn)點(diǎn)位周圍不應(yīng)該有大面積的信號(hào)反射物體，比如較大的建筑物、大面積的水庫(kù)形成的水面等等。大面積的信號(hào)反射物體會(huì)增大多路徑效應(yīng)的影響。

1.2.2 埋石

控制點(diǎn)埋設(shè)的標(biāo)石應(yīng)有中心標(biāo)志，以精確確定點(diǎn)位，點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅(jiān)固長(zhǎng)久保存和利用，埋石點(diǎn)的埋設(shè)規(guī)格見下圖1：（單位：cm）。

圖1 埋石點(diǎn)的埋設(shè)位置

1.3 觀測(cè)方式

在整個(gè)GNSS控制網(wǎng)范圍內(nèi)，選4個(gè)國(guó)家C級(jí)GNSS控制點(diǎn)，與新GNSS控制網(wǎng)點(diǎn)同步聯(lián)測(cè)；外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用南方型接收機(jī)（標(biāo)稱精度為±(5mm+1×10-6D））進(jìn)行。外業(yè)觀測(cè)依據(jù)《全球定位系統(tǒng)GNSS測(cè)量規(guī)程》中有關(guān)靜態(tài)邊連式的觀測(cè)方案，控制測(cè)量每測(cè)段同步觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)定60min，接收機(jī)的其他參數(shù)設(shè)置為：衛(wèi)星高度截止角為15°；衛(wèi)星信號(hào)數(shù)據(jù)采樣間隔為15S；衛(wèi)星圖形強(qiáng)度因子PDOPL＜4.0；同步接收衛(wèi)星的個(gè)數(shù)不少于5顆。接收機(jī)的對(duì)準(zhǔn)用光學(xué)對(duì)準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)；天線高度用鋼尺在不同方向上量測(cè)二次，其差值不超過(guò)4mm時(shí)，最后取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 基線解算

控制網(wǎng)的野外靜態(tài)控制測(cè)量數(shù)據(jù)選擇采用南方GNSS數(shù)據(jù)處理軟件，按原碼采用雙差相位觀測(cè)值進(jìn)行基線解算，采用雙差固定解作為最終結(jié)果?；€解算主要的實(shí)際意義就是對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的平差，其中，雙差觀測(cè)值作為平差過(guò)程中使用的主要觀測(cè)值。數(shù)據(jù)平差的過(guò)程主要分為三個(gè)步驟，第一步是觀測(cè)數(shù)據(jù)的初始平差，軟件根據(jù)觀測(cè)值的觀測(cè)方程，組合成為法方程后，計(jì)算出基線向量的浮動(dòng)解。第二步是將整周未知數(shù)固定成整數(shù)，根據(jù)初始平差的結(jié)果，計(jì)算后定出任何整周未知數(shù)的一組備選數(shù)據(jù)值，并從備選數(shù)據(jù)中選取出來(lái)，以這些數(shù)據(jù)作為已知數(shù)，帶入基線解算的方程中，求出相應(yīng)的基線解。第三步是當(dāng)確定整周未知數(shù)的值后，與之對(duì)于的基線向量就是基線向量的整數(shù)解。

基線解算結(jié)果的正確解算將直接影響控制測(cè)量成果的正確與否。因此，基線解算的工作步驟在控制測(cè)量中顯得非常重要。影響基線解算成果質(zhì)量的因素主要有以下幾點(diǎn)。

（1）已知點(diǎn)（數(shù)據(jù)起算點(diǎn)）的坐標(biāo)不正確或者在輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)過(guò)程中輸入不準(zhǔn)確。已知點(diǎn)坐標(biāo)的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致基線出現(xiàn)一定方向的偏差，會(huì)明顯影響基線解算的成果。

（2）觀測(cè)時(shí)段衛(wèi)星數(shù)量較少或者部分衛(wèi)星被GNSS接收機(jī)觀測(cè)的時(shí)間不夠，觀測(cè)時(shí)間不夠的衛(wèi)星會(huì)影響到該衛(wèi)星整周未知數(shù)的確定。若衛(wèi)星整周未知數(shù)不能確定，將直接影響基線解算的順利進(jìn)行。

（3）在某個(gè)觀測(cè)時(shí)段中，部分時(shí)間內(nèi)周跳過(guò)多，導(dǎo)致周跳修復(fù)不完善，也會(huì)影響到基線解算的結(jié)果。

（4）控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)過(guò)程中被多路徑效應(yīng)影響較大另外，對(duì)流層或者電離層折射影響較大也會(huì)影響到基線解算的結(jié)果。

1.4.2 平差計(jì)算

在基線向量檢驗(yàn)符合要求后，按照《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)程GB-T2009》的要求，進(jìn)行GNSS網(wǎng)的無(wú)約束平差和約束平差。

（1）數(shù)據(jù)處理：為了獲得GNSS觀測(cè)基線向量并對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行質(zhì)量檢核，首先要進(jìn)行GNSS數(shù)據(jù)的預(yù)處理，根據(jù)預(yù)處理結(jié)果對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析并做出評(píng)價(jià)，以確保觀測(cè)成果和定位結(jié)果的預(yù)期精度。GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分基線向量解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段。各階段數(shù)據(jù)處理軟件均采用隨機(jī)所帶軟件。處理的主要內(nèi)容有：GNSS衛(wèi)星軌道方程的標(biāo)準(zhǔn)化、時(shí)鐘多項(xiàng)式的擬合和標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）基線解算：基線數(shù)據(jù)按同步時(shí)段為單位進(jìn)行，按多基線解時(shí)，每個(gè)時(shí)段需提供一組獨(dú)立基線向量及其完全的方差——協(xié)方差陣；按單基線解時(shí)，須提供每條基線分量及其方差——協(xié)方差陣?？梢圆捎貌煌臄?shù)據(jù)處理模型。

（3）無(wú)約束平差：無(wú)約束平差以三維基線向量及其相應(yīng)方差—協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息，以一個(gè)點(diǎn)的WGS-84系三維坐標(biāo)為起算依據(jù)，進(jìn)行GNSS網(wǎng)的無(wú)約束平差。平差結(jié)果須提供各點(diǎn)在WGS-84系下的三維坐標(biāo)、各基線向量及其改正數(shù)和其精度信息。無(wú)約束平差中，各基線分量改正數(shù)絕對(duì)值應(yīng)滿足：V△x≤3σ；V△y≤3σ；V△z≤3σσ—相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度（按網(wǎng)的實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算）。

（4）約束平差：利用無(wú)約束平差后的可靠觀測(cè)量，在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下進(jìn)行三維約束平差或二維約束平差。平差中，對(duì)已知點(diǎn)坐標(biāo)、已知距離和已知方位，可以強(qiáng)制約束，也可以加權(quán)約束。平差結(jié)果應(yīng)輸出在相應(yīng)坐標(biāo)系中的三維或二維坐標(biāo)、基線向量改正數(shù)、基線邊長(zhǎng)、方位、轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信息。約束平差中，基線分量的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果的同一基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對(duì)值應(yīng)滿足：dV⊿x≤2σdV⊿y≤2σdV⊿z≤2σ。

1.5 圖根控制測(cè)量

圖根控制點(diǎn)的選點(diǎn)、埋設(shè)以滿足礦山地質(zhì)測(cè)量要求為首要條件，條件好的地段在控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上直接使用GNSSRTK施測(cè)圖根控制點(diǎn)，若因樹木茂密等原因?qū)е翯NSSRTK無(wú)法接收信號(hào)，致使圖根點(diǎn)數(shù)量太少或分布不均，無(wú)法滿足測(cè)量需要時(shí)，需使用全站儀在GNSS控制點(diǎn)上布設(shè)一、二級(jí)圖根導(dǎo)線。圖根控制點(diǎn)高程均可使用GNSS擬合高程或三角測(cè)量高程。

2 控制成果的應(yīng)用

GNSS靜態(tài)控制測(cè)量廣泛用于測(cè)繪行業(yè)，并且已經(jīng)慢慢的發(fā)展成為測(cè)繪領(lǐng)域中控制測(cè)量的主要技術(shù)方式，對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪儀器的測(cè)繪方式來(lái)說(shuō)，GNSS靜態(tài)控制測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)之間不用通視即可完成作業(yè)，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)靈活多變。并且能夠已知坐標(biāo)計(jì)算出各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的精確坐標(biāo)，并且可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)都可以進(jìn)行觀測(cè)，受到天氣的影響也比較小。GNSS靜態(tài)控制測(cè)量成果是礦山地質(zhì)測(cè)量工作的前提條件，能夠使地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中的界址點(diǎn)的坐標(biāo)精度達(dá)到要求。

因?yàn)榈V山地質(zhì)測(cè)量工作區(qū)域在城鎮(zhèn)范圍，該地區(qū)地形復(fù)雜，在房屋較為密集的地方，GNSS接收機(jī)無(wú)法搜索到足夠多的衛(wèi)星，無(wú)法得到圖根控制點(diǎn)的精確坐標(biāo)，無(wú)法使用GNSS-RTK施測(cè)圖根控制點(diǎn)，此時(shí)，應(yīng)使用導(dǎo)線測(cè)量，因?yàn)榈刭|(zhì)測(cè)量要求的坐標(biāo)精度較高，圖根控制點(diǎn)的密度大，所以導(dǎo)線測(cè)量一般布設(shè)為導(dǎo)線網(wǎng)，采用嚴(yán)密平差的辦法進(jìn)行控制點(diǎn)計(jì)算。

在完成控制測(cè)量從控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)到圖根控制測(cè)量的各項(xiàng)工作步驟后，用全站儀等測(cè)繪儀器依據(jù)以上控制測(cè)量成果全面開展地質(zhì)測(cè)量工作。

3 結(jié)論

GNSS靜態(tài)控制測(cè)量成果起到對(duì)限制測(cè)量誤差累計(jì)和傳播的作用，對(duì)于本次GNSS靜態(tài)控制測(cè)量和圖根控制測(cè)量來(lái)說(shuō)，主要是指在測(cè)量的區(qū)域內(nèi)，根據(jù)礦山地質(zhì)測(cè)量的測(cè)量任務(wù)和目標(biāo)要求，測(cè)定GNSS靜態(tài)控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)的平面位置和高程。在控制測(cè)量過(guò)程中，要根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化布置，并將其當(dāng)作礦山地質(zhì)測(cè)量的工作基礎(chǔ)。在礦山地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中，可靠的控制測(cè)量成果可以更好的保證地質(zhì)圖和界址點(diǎn)的坐標(biāo)精度。