1引言

地質(zhì)工程測(cè)量是為了地質(zhì)找礦而做的基礎(chǔ)工作，基本上都是山區(qū)作業(yè)，通訊不便，交通困難，各種成果也多建立在BJ54系統(tǒng)下，原國(guó)家等級(jí)三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)破壞嚴(yán)重，高等級(jí)GPS點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)分布嚴(yán)重不足，使得布網(wǎng)困難。GPS(全球定位系統(tǒng))具有i貝4量精度高、全天候作業(yè)、測(cè)站間無(wú)需通視、觀測(cè)時(shí)間短、儀器操作簡(jiǎn)便、成本低、提供三維坐標(biāo)等特點(diǎn)，近幾年來(lái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程測(cè)量工作中…，為測(cè)繪工作提供了一個(gè)嶄新的定位測(cè)量手段，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，贏得了廣大地質(zhì)和測(cè)繪工作者的青睞。因此，討論如何合理地利用GPS定位技術(shù)布設(shè)控制網(wǎng)，取得適宜的精確度，達(dá)到地質(zhì)工程的要求，顯得尤為重要。

2應(yīng)用實(shí)例

2．1工程概況研究區(qū)位于新疆鄯善縣境內(nèi)，面積為26．47km，屬南湖戈壁灘的低山丘陵區(qū)，地勢(shì)較為平坦，海拔高度一般在1100m。考慮到海拔較高、工作難度大、工期較緊、降低成本等因素，決定采用GPS進(jìn)行控制測(cè)量、碎部測(cè)量以及工程收測(cè)。

2．2GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)

2．2．1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)主要依據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB／T18314—2001)、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》(GB／T18341—2001)》及工程設(shè)計(jì)有關(guān)要求制定的。以1／10萬(wàn)地形圖為參考圖件，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系，投影面為高斯平面，中央子午線90。，3。分帶，控制網(wǎng)等級(jí)為C級(jí)，以白石包國(guó)家二等三角點(diǎn)和黃山三等三角點(diǎn)做為起算依據(jù)。

2．2．2設(shè)計(jì)精度

GPS控制網(wǎng)宜以邊連接為主，輔以點(diǎn)連接，這樣可減少工作量，又可達(dá)到多檢核的目的，布網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡可能地選擇國(guó)家一、二等三角點(diǎn)，最好是同邊鄰點(diǎn)，這樣的點(diǎn)位精度基本相同，能夠很好地將WGS84坐標(biāo)較嚴(yán)密地轉(zhuǎn)換到BJz54系統(tǒng)，而盡可能地少選用三、四等點(diǎn)。根據(jù)研究區(qū)情況和工程需要，選擇二級(jí)GPS網(wǎng)作為測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)，要求平均邊長(zhǎng)小于1km，最弱邊相對(duì)中誤差小于1／10000，GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度的固定誤差a≤15ram，比例誤差系數(shù)b≤20×10。

2．2．3控制網(wǎng)布設(shè)

研究區(qū)采用c、D、E三級(jí)GPS網(wǎng)作為基本平面控制網(wǎng)�？刂凭W(wǎng)共17個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中c級(jí)GPS控制點(diǎn)1點(diǎn)，D級(jí)GPS控制點(diǎn)4點(diǎn)，E級(jí)GPS控制點(diǎn)13點(diǎn)。其中聯(lián)測(cè)已知平面控制點(diǎn)2個(gè)，高程控制點(diǎn)5個(gè)(其高程由四等水準(zhǔn)測(cè)得)，采用3臺(tái)中海達(dá)GPS單頻接收機(jī)(標(biāo)稱精度為5mm+2ppmxD)觀測(cè)，網(wǎng)形布設(shè)成邊連式(圖1)。2．2．4觀測(cè)計(jì)劃根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見(jiàn)預(yù)報(bào)圖和幾何圖形強(qiáng)度(空間位置因子PDOP)，選擇最佳觀測(cè)時(shí)段(衛(wèi)星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6)，并編排作業(yè)調(diào)度表。

2．3GPs控制網(wǎng)作業(yè)

2．3．1選點(diǎn)

GPS測(cè)量測(cè)站點(diǎn)之間不要求一定通視，圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，因此，點(diǎn)位選擇比較方便。但考慮GPS測(cè)量的特殊性，并顧及后續(xù)測(cè)量，選點(diǎn)時(shí)應(yīng)著重考慮：(1)點(diǎn)位要顯著，視場(chǎng)周圍15。無(wú)障礙物，以免信號(hào)被遮擋或吸收；(2)每點(diǎn)最好與某一點(diǎn)通視，以便后續(xù)測(cè)量工作的使用；(3)點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積水域或強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體，應(yīng)選在視野開(kāi)闊、交通方便、有利擴(kuò)展、易于保存的地方，以便觀測(cè)和日后使用；(4)點(diǎn)位要遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源，其距離不小于200m，遠(yuǎn)離高壓電線和微波傳送通道等，其距離不小于50m，以免電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾；(5)選點(diǎn)結(jié)束后，按要求埋設(shè)標(biāo)石，標(biāo)石規(guī)格按規(guī)范要求執(zhí)行，埋石后應(yīng)填寫(xiě)點(diǎn)之記�？刂泣c(diǎn)的編號(hào)按順序編排，并在前冠以大寫(xiě)字母“GPS”，如：“GPS1”表示一級(jí)GPS“1”號(hào)點(diǎn)。

2．3．2觀測(cè)

根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進(jìn)行觀測(cè)，采取靜態(tài)相對(duì)定位模式，衛(wèi)星高度角l5。，時(shí)段長(zhǎng)度4O一60min，采樣間隔15S。在3個(gè)點(diǎn)上同時(shí)安置3臺(tái)接收機(jī)天線(對(duì)中、整平、定向)，天線安置采用腳架對(duì)點(diǎn)器精確對(duì)中，對(duì)點(diǎn)誤差均小于2rOiTl。量取天線高，測(cè)量氣象數(shù)據(jù)，開(kāi)機(jī)觀察，當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求時(shí)，按接收機(jī)的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，則接收機(jī)自動(dòng)記錄，觀測(cè)者填寫(xiě)測(cè)量手簿。

2．4GPS數(shù)據(jù)處理及精度分析

GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段，采用隨機(jī)軟件完成。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測(cè)和網(wǎng)平差后，得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)引。

2．4．1基線解算

測(cè)量過(guò)程中，對(duì)于當(dāng)天采集的GPS數(shù)據(jù)，應(yīng)及時(shí)通訊至計(jì)算機(jī)進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)檢查。而后利用中海達(dá)公司隨機(jī)商用軟件進(jìn)行基線處理，處理過(guò)程中衛(wèi)星高度角大于15。，采用靜態(tài)相對(duì)定位處理方式。根據(jù)自動(dòng)處理基線向量的結(jié)果，檢查基線向量方差比均大于3，邊長(zhǎng)中誤差均小于20mm。

2．4．2外業(yè)質(zhì)量檢核

外業(yè)質(zhì)量檢核是確保平差精度要求的重要環(huán)節(jié)，主要包括同步環(huán)檢驗(yàn)、異步環(huán)檢驗(yàn)、復(fù)測(cè)基線。

2．4．2．1復(fù)測(cè)基線

復(fù)測(cè)基線為兩個(gè)不同時(shí)段所測(cè)的相同邊的邊長(zhǎng)，復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差d。≤2盯，《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB／T18314—2001)、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》(GB／T18341—2001)》指相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。對(duì)于互差超限的，應(yīng)重新檢查基線的方差比值，對(duì)于方差比值較小的，特別是臨界的要重新設(shè)置參數(shù)，重新解算，解算后仍然超限的，應(yīng)在異步環(huán)和同步環(huán)中進(jìn)一步做分析，以確定哪條基線含有粗差。研究區(qū)經(jīng)檢查，復(fù)測(cè)基線的不符值最大5．12ppm，最小0．64ppm，達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，能夠滿足地質(zhì)勘查工程測(cè)量需要。

2．4．2．2同步環(huán)閉合差檢核

《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB／T18314—2001)中對(duì)同步閉合環(huán)的要求為wx，Wy，Wz≤／5叮，《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》(GB／T18341—2001)》中Wx，wy，wz≤√n／2盯。在一個(gè)同步環(huán)中的基線解算組合方案應(yīng)相同，這樣可以取得最小的閉合差，反之，則容易超限。對(duì)于達(dá)不到要求的，應(yīng)在異立環(huán)中繼續(xù)分析。研究區(qū)檢驗(yàn)同步環(huán)C級(jí)1個(gè)，D級(jí)4個(gè)，E級(jí)14個(gè)，經(jīng)檢核實(shí)測(cè)值，Wx最大1．6mm，wy最大3．6ram(13=4)，Wz最大1．1m／／1，均達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，能夠滿足地質(zhì)勘查工程測(cè)量需要。

2．4．2．3異步環(huán)閉合差檢核

《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》中對(duì)獨(dú)立閉合環(huán)的要求為Wx，Wy，wz≤2√n盯，《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》Wx，Wy，Wz≤3√n盯，o為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度。如異步環(huán)中是包含有同步環(huán)超限的基線，應(yīng)重新審查該基線觀測(cè)段的星歷預(yù)報(bào)，檢查衛(wèi)星分布狀況是否長(zhǎng)時(shí)間近似成一直線運(yùn)行，以及PDOP是否接近限值，然后回憶野外觀i貝4時(shí)是否在不合理?xiàng)l件下強(qiáng)行觀測(cè)；若無(wú)同步環(huán)超限的基線，則將環(huán)中基線置于別的異步環(huán)中觀察殘差，或復(fù)測(cè)基線，則可判斷環(huán)中哪條基線可能含有粗差。研究區(qū)中檢驗(yàn)異步環(huán)D級(jí)6個(gè)，E級(jí)19個(gè)，經(jīng)檢核實(shí)測(cè)值：wx最大18．3mm，Wy最大35．6mm(n=4)，Wz最大30．7mm，均達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，能夠滿足地質(zhì)勘查工程測(cè)量需要。

2．5GPS網(wǎng)平差計(jì)算

在基線向量和各項(xiàng)質(zhì)量檢核符合要求后，在WGS84坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行三維無(wú)約束平差，在BJ54內(nèi)進(jìn)行二維約束平差J。無(wú)約束平差精度反映了GPS測(cè)量的真實(shí)質(zhì)量，約束平差結(jié)果反映了控制網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)換精度。研究區(qū)中WGS一84坐標(biāo)系基線平差56條，中誤差最大21．9mm，最小0．5mm，平均1．97mm；相對(duì)精度最高1／3074萬(wàn)，最低I／II萬(wàn)，均高于1／2萬(wàn)。在WGS一84坐標(biāo)系的橢球體上，進(jìn)行了大地坐標(biāo)平差，單位權(quán)中誤差為0．076nl，大地高程內(nèi)符合中誤差最大為0．0167m。BJ54坐標(biāo)系二維約束平差，使尺度、方向和平移都受到了約束，平差結(jié)果單位權(quán)中誤差為0．001ITI�？傊�，GPS網(wǎng)平差計(jì)算后，C、D、E級(jí)GPS點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均小于5cm，邊長(zhǎng)相對(duì)精度均高于1／2萬(wàn)，符合相關(guān)規(guī)定，能夠滿足地質(zhì)勘查工程測(cè)量需要。

2．6工程測(cè)量

利用GPS控制網(wǎng)成果，對(duì)研究區(qū)內(nèi)14條1／1000地質(zhì)剖面、槽探工程、工程點(diǎn)用全站儀極坐標(biāo)法或南方RTK定測(cè)檢核。地質(zhì)剖面點(diǎn)位差A(yù)X=8mm、△Y=4mm、AH：42mm，方位最大較差為28”。地質(zhì)勘探工程點(diǎn)和探槽的定’狽4，使用南方RTK就其附近的控制點(diǎn)做檢核，G012：AX=一14mm、aY=一27mm、AH=7nlm；G017：△X=6mm、AY=一1mm、aH=21mm；G013：AX=3mm、△Y=一3mill、aH=6mm。從以上檢查控制點(diǎn)的結(jié)果可以看出本次測(cè)量的精度可靠。

3結(jié)語(yǔ)

研究區(qū)GPS控制網(wǎng)布設(shè)成功應(yīng)用說(shuō)明，利用GPS進(jìn)行c級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量能夠達(dá)到規(guī)范要求，技術(shù)方法可行，所建立的GPS控制網(wǎng)可以作為礦區(qū)內(nèi)各種高精度測(cè)量的基準(zhǔn)，也為同類提供了一定的借鑒意義。應(yīng)注意的是：(1)針對(duì)不同的地質(zhì)勘探工程，依據(jù)相應(yīng)《規(guī)范》、《規(guī)程》制定最為合理的GPS控制網(wǎng)，既要保證質(zhì)量，也要考慮縮短工天與減少費(fèi)用。(2)布設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)做遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)規(guī)劃，避免重復(fù)工作。(3)由于山區(qū)高等級(jí)高程點(diǎn)較少，GPS控制網(wǎng)一定要有外檢核，才能做最可靠的精度評(píng)定。