【摘 要】通過對礦區(qū)現(xiàn)狀分析，說明建立礦區(qū)工程基礎坐標系統(tǒng)的必要性，以及優(yōu)勢。理論上探討建立工程基礎坐標系統(tǒng)的可行性，利用現(xiàn)代測繪技術完全可實現(xiàn)理論方案。

【關鍵詞】工程基礎坐標系統(tǒng)；似大地水準面；水準測量

工程基礎坐標系統(tǒng)是礦業(yè)生產的一項重要基礎建設，建立礦區(qū)工程基礎坐標系統(tǒng)，是開發(fā)礦藏資源不可缺少的重要一環(huán)?；A坐標系統(tǒng)質量的好壞，將會直接影響礦區(qū)建設速度、效率、安全和工程質量，其具體表現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）工程基礎坐標系統(tǒng)是測繪地形圖、地籍圖的基礎。在基礎坐標系統(tǒng)的控制下，應用現(xiàn)代測繪儀器可以便捷地測定特征點的三維坐標（平面坐標和高程坐標）。測繪的地形圖、地籍圖能相互拼接并保持精度均勻，不致發(fā)生重測、漏測的現(xiàn)象。

（2）工程基礎坐標系統(tǒng)是礦區(qū)各種工程測量的基礎。在礦區(qū)建設和生產的各個階段，都要進行各種工程測量。如建筑物的放樣，大型設備安裝，井上下聯(lián)系測量，貫通測量，井塔變形監(jiān)測，采空區(qū)的地表移動觀測，鐵路地基變形監(jiān)測，鉆孔定位，等等。建立基礎坐標系統(tǒng)，既可以保證各種工程測量的成果精度，又使測量工作的組織簡單易行。

下面以濟寧二號煤礦為例，進一步探討建立礦區(qū)工程基礎坐標系統(tǒng)的方法。濟寧二號煤礦位于山東省濟寧市任城區(qū)兗新鐵路以南，東西寬10km，南北長6~11km，面積約為90 。本礦區(qū)屬于平原地形，井田內部地形平坦，地勢北高南低。地面標高在 左右，地勢坡度約為0.4‰，是一個由東北向西南逐漸降低的濱湖沖積平原。

礦區(qū)的平面四等控制網是以6個國家三等控制點（北京54系統(tǒng)）作為起算點，該網原為附和網，但由于起始數(shù)據仍采用三等三角點的坐標，精度較低。為滿足生產需要，又建立一套利用導線測量測得的自由網點（在西安80基礎上改造形成新北京54坐標系統(tǒng)）。因此，濟寧二號煤礦控制網目前有自由網和附和網兩套坐標，正常使用的是自由網。濟寧二號煤礦屬于新建礦井，涉及到多種坐標系統(tǒng)。由于過去礦區(qū)平面系統(tǒng)是采用導線測量的方法來建立的，精度較低，而且其坐標系統(tǒng)是依靠所測的導線點來維持的，由于地下開采以及周邊農村村民等的人為破壞，原傳遞坐標系統(tǒng)的控制點，多數(shù)已經丟失或移動，已不能對原有的坐標系統(tǒng)進行維持，不能保證礦井安全生產和建設的要求。重新建立浪費人力、物力、財力。一旦發(fā)生突發(fā)事件用過去常規(guī)方法建立的坐標系統(tǒng)將無法應付。因此建立礦區(qū)基礎坐標系統(tǒng)，以滿足日常工作要求，特別是滿足處理偶然事件或突發(fā)事件的要求，提高礦區(qū)控制網的安全性與可靠性是必要的。

1 常規(guī)方案存在的問題

建立井田控制的基本原則是：坐標系統(tǒng)統(tǒng)一、精度一致、密度均勻。應用常規(guī)方法建網，設計、施測等工作均按此原則進行，整網成果在短時間內也能達到這一原則要求。但是隨著時間的推移，由于采礦或其它人為因素的影響，控制網中的部分控制點受到不同程度的破壞，從而破壞了坐標系統(tǒng)的一致性與延續(xù)性，維持坐標系統(tǒng)的控制網也就失去了意義，這是常規(guī)方法致命的弱點。

如果要補充建網，就會出現(xiàn)有兩套坐標系統(tǒng)的情形；如果要重新建網，不但有多套坐標系統(tǒng)的問題，而且還存在需要經常重復建網的問題。否則，一旦發(fā)生突發(fā)事件，用常規(guī)方法或GPS定位方法均不便進行快速定位而難以應付。

濟寧二號煤礦的近井網已經遭受破壞，井田范圍控制網的部分控制點也已受到損毀，問題已經出現(xiàn)。為了工程建設和生產需要，為了避免常規(guī)建網方案存在的缺陷，必須采用新的技術、新的思路、新的方案。新的方案的基本思路是：通過建立基礎坐標系統(tǒng)，利用新的測量手段來保證整個礦區(qū)各項工程建設和生產需要。

2 新方法的利用

1、平面坐標系統(tǒng)是依靠少量的控制點（設計的主點）來維持的，且主點位于工業(yè)廣場和生活小區(qū)中，不易受到破壞且易于維護，即使部分控制點受到人為的破壞，利用GPS測量也比較容易恢復；另外，利用主點建立工程基礎坐標系統(tǒng)，可以對礦區(qū)范圍內任意點進行快速定位。主點網是礦區(qū)平面基礎坐標系統(tǒng)的主要組成部分，是實地基礎坐標系統(tǒng)的具體體現(xiàn)，起保持基礎坐標系統(tǒng)的作用。利用主點網可以對副點網的變形情況進行定期監(jiān)測，保證礦井建設的順利進行與安全生產；當副點網遭受破壞時，可以由主點網恢復，避免了從國家控制網上引測，因而可節(jié)省大量的人力、物力和財力。主點網保持平面坐標系統(tǒng)基準（坐標、方位和距離基準）并提供常規(guī)高程測量起算點。

2、建立高程坐標系統(tǒng)的必要性。

根據方案設計，在建立礦區(qū)高程坐標系統(tǒng)、形成礦區(qū)的似大地水準面模型工作中，按照規(guī)范要求，每個GPS水準點的控制范圍約為1~2 時，測區(qū)內可以滿足至少四等水準測量的要求。因此，在測區(qū)范圍內布設約50個GPS水準聯(lián)測點，水準測量按三等水準測量要求施測。起始高程點采用工業(yè)廣場和小區(qū)內的3個二等水準點。50個GPS水準聯(lián)測點較為均勻地分布于整個礦區(qū)，平均距離1.5公里左右。其中，有6個國家三等控制點也作為GPS水準聯(lián)測點，目的是為了確定與礦區(qū)原有坐標之間的轉換參數(shù)。

3、應用GPS技術建立工程基礎坐標系統(tǒng)的主要工作內容

（1）應用GPS技術建立濟寧二號煤礦工程基礎平面坐標系統(tǒng)：2000國家大地坐標系統(tǒng)；

（2）將濟寧二號煤礦的原有控制點進行坐標系統(tǒng)換算；

（3）應用GPS技術建立濟寧二號煤礦工程基礎高程系統(tǒng)，確定似大地水準面的曲面模型。

4、濟寧二號煤礦工程基礎坐標系統(tǒng)的技術方案

（1）布設GPS主點網（8個主點）和副點網（2個副點），布設GPS高程網（由48個水準聯(lián)測點組成）；

（2）GPS外業(yè)觀測；

（3）GPS內業(yè)數(shù)據處理；

（4）精密水準測量；

（5）精密水準測量內業(yè)數(shù)據處理；

（6）建立測區(qū)似大地水準面曲面模型；

（7）計算濟寧二號煤礦原有平面坐標系統(tǒng)與新的平面坐標系統(tǒng)的轉換參數(shù)；（8）原有控制點資料的坐標系統(tǒng)換算；

（9）濟寧二號煤礦工程基礎坐標系統(tǒng)的技術總結。

3 建立工程基礎坐標系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)在如下幾個方面

1、多用途

應用GPS技術建立起來的工程基礎坐標系統(tǒng)，提供平面測量基準，坐標、方位和距離；以WGS-84地球橢球為基準，提供礦區(qū)似大地水準面。它們是礦區(qū)地形測量、地籍測量圖根控制的基礎，是采區(qū)地表沉降觀測、鐵路地基沉降監(jiān)測、井塔沉降變形監(jiān)測的基礎，是各種工程測量的基礎，是鉆孔精確定位的基礎。能滿足礦區(qū)安全生產對測繪的要求。

2、易保護

應用GPS技術建立的工程基礎坐標系統(tǒng)，由一組GPS點保持。這些GPS點只需要開闊的天空，不需要相互通視；可以建立在長期固定的建筑物、構筑物上或者在它們的附近，便于長期保護不受破壞?；A高程系統(tǒng)，既由一組GPS點保持，又通過WGS-84地球橢球面保持；因此，即使一組GPS全部遭受破壞，基礎高程系統(tǒng)也不會被破壞。

3、施測靈活

保持工程基礎坐標系統(tǒng)的GPS點，由6~8個主點和2~3個副點組成。主點作為永久性控制點保持平面坐標系統(tǒng)（坐標、方位和距離基準）、高程坐標系統(tǒng)，提供常規(guī)高程測量起算點；副點（經常性使用控制點）提供常規(guī)平面測量的后視方向和起算基準。副點建立在標志性建筑物上，相互通視，便于常規(guī)觀測；副點一旦遭受破壞，可以由主點恢復。建立起工程基礎坐標系統(tǒng)后，既可以用GPS技術進行各種測量工作，又可以為常規(guī)測量工作提供基礎數(shù)據。

參考文獻

[1]李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據處理[J].武漢大學出版社，2005，1：270～278

[2]暢毅，姜衛(wèi)平.局部似大地水準面精化技術及其應用現(xiàn)狀分析[J].物探裝備，2006.16.4：259

[3]孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎[M].武漢：武漢大學出版社，2001

[4]徐亞明，王佩軍，邱青松.GPS水準測量及對試驗網的處理[J].東北測繪，2001.1：13～14