徐捍前

(云南馳宏資源勘查開發(fā)有限公司)

在林區(qū)建立礦區(qū)控制網(wǎng)面臨著林區(qū)植被茂盛、樹又密又高、通視條件極差、交通困難等客觀條件，常規(guī)的導(dǎo)線測量、三角形網(wǎng)測量等方法已無法適用［1-3］。特別是要引測距離礦區(qū)較遠的國家等級控制點，建立與國家坐標(biāo)系相聯(lián)系的礦區(qū)平面控制網(wǎng)，GPS衛(wèi)星定位測量方法優(yōu)勢較為明顯。國內(nèi)某超大型鉬鉛鋅礦山地處森林區(qū)，礦區(qū)面積約40 km2，林區(qū)一般海拔標(biāo)高400～900 m，平均海拔600 m，礦區(qū)各主體工程之間相距較遠，主體工程間在不同標(biāo)高上均存在著相互貫通的情況，貫通線路長達數(shù)公里。

1 控制網(wǎng)布設(shè)及等級

在聯(lián)測國家等級控制網(wǎng)點建立各工程控制網(wǎng)時，可在每塊工業(yè)場地上布設(shè)3個控制點，確保任意一點都有一個方向通視。各主體工程布置及控制網(wǎng)如圖1所示。

圖1 礦山主題工程布置及控制網(wǎng)示意

在圖1中，HL06、HL07為礦區(qū)礦業(yè)權(quán)核查時的GPS D級控制點，以該2個點作為建立礦區(qū)控制網(wǎng)的起算依據(jù)。各控制網(wǎng)布設(shè)和觀測的先后順序為工程總體的施工順序，即斜坡道工程—進風(fēng)井工程—混合井工程。為了滿足大比例尺地形圖測繪的需要和工程前期施工及今后各工程深部之間貫通的需要，依據(jù)《工程測量規(guī)范》(GB 50026—2007)［1］，并考慮到礦區(qū)的發(fā)展遠景，礦區(qū)平面控制網(wǎng)的等級選擇為四等，主要精度指標(biāo)為最弱邊相對中誤差為1/40 000，最弱點相對中誤差為5 cm。

2 礦區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的確定

根據(jù)礦區(qū)的中央子午線和投影水準面確定礦區(qū)平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，并應(yīng)確保投影長度變形不大于2.5 cm/km。長度變形主要來源于:①地面實測水平距離投影到參考橢球面時產(chǎn)生的變形;②地面實測水平距離投影到高斯平面的變形。礦區(qū)地理坐標(biāo)經(jīng)度范圍:東經(jīng)123°49'～123°56'，距離國家統(tǒng)一的3°帶中央子午線相對較近(約66 km)，礦區(qū)中央子午線可確定為國家標(biāo)準中央子午線，礦區(qū)中央子午線經(jīng)度為123°。礦區(qū)中央子午線確定后，可通過計算選擇一個合適的礦區(qū)抵償高程面(變形零值高程面)有效控制長度變形。同時，應(yīng)確保礦區(qū)抵償高程面的GPS平面控制點坐標(biāo)的反算邊長盡可能與實量邊長相等。

2.1 長度變形計算

地面實測水平距離投影到參考橢球面和高斯平面的變形計算公式分別為

式中，Δs1為實測水平距離投影到參考橢球面的改正數(shù)，m;S為實測水平距離，m;Hm為實測邊兩端的平均高程，m;R為參考橢球的平均球率半徑，6 371 km;Δs2為實測水平距離投影到高斯平面的改正數(shù)，m;ym為實測邊兩端點橫坐標(biāo)的平均值，m。

2.2 抵償高程面計算

當(dāng)Δs(Δs1+Δs2)超過規(guī)定允許的2.5 cm/km變形時，可令Δs=0，即

當(dāng)ym值不變時，式(2)可簡化為

將ym=66 km，R=6 371 km代入式(3)，計算得Hm=342 m，即將地面實測距離歸算到258 m高程面上時，該2項長度改正得到有效補償。因此，可選擇300 m高程面作為礦區(qū)平面坐標(biāo)系統(tǒng)的投影面(抵償高程面)。因此，礦區(qū)平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)可確定為抵償高程面上的高斯正形投影3°帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。

3 數(shù)據(jù)采集及處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

采用5臺TOPCON Hiper Ga雙頻GPS接收機進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。各主體工程均布設(shè)3個控制點，每個控制網(wǎng)均聯(lián)測相同的2個國家等級控制點，獨立觀測一個時段。外業(yè)觀測的技術(shù)要求見表1。

表1 GPS四等控制網(wǎng)外業(yè)觀測技術(shù)要求

3.2 數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)可采用拓普康隨機中文數(shù)據(jù)處理軟件(Pinnacle V1.07)進行處理?？衫每粕礕PS數(shù)據(jù)處理軟件(CosaGPS V5.1)，采用工程網(wǎng)(一點一方位)進行約束平差計算。為了提高礦區(qū)控制網(wǎng)整體上的內(nèi)部符合精度，將不同時間段建立的各工程控制網(wǎng)合并成一個網(wǎng)，再進行整體聯(lián)合約束平差，平差時的投影面的正常高均為300 m。

4 精度統(tǒng)計及GPS邊長外部檢核

4.1 精度統(tǒng)計

各主體工程控制網(wǎng)平差及整體聯(lián)合約束平差后，最弱點、最弱邊的精度統(tǒng)計結(jié)果見表2～表5。

G402 MX/cm MY/cm MP/cm最弱點 最弱邊G402-G403 A/dms MA/s S/m MS/cm MS/S 0.35 0.29 0.45 18.533 31 4.66 148.654 9 0.35 1/420 00

表3 進風(fēng)井控制網(wǎng)精度

表4 混合井控制網(wǎng)精度

表5 整體聯(lián)合平差后精度

由表2～表5可知，礦區(qū)各工程控制網(wǎng)的其精度指標(biāo)均達到了最弱邊相對中誤差為1/40 000、最弱點相對中誤差為5 cm的四等控制網(wǎng)的技術(shù)要求。

4.2 GPS邊長外部檢核

采用徠卡全站儀TC1202+對GPS平差后的邊長進行檢查測量，結(jié)果見表6。

表6 部分GPS邊檢查測量結(jié)果 m

由表6可知，對于較長邊(100 m以上)，邊長較差明顯較小，僅為2 mm;對于短邊，差值達到11 mm。針對該項檢查測量的限差，盡管在現(xiàn)行的相關(guān)測量規(guī)范中尚未給出明確的規(guī)定，但根據(jù)實踐經(jīng)驗，認為邊長較差在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

(1)在建立礦區(qū)控制網(wǎng)時，有必要考慮邊長投影變形的影響，應(yīng)選擇一個合適的礦區(qū)高程抵償面。

(2)從各工程控制網(wǎng)和網(wǎng)合并整體聯(lián)合平差結(jié)果來看，邊長相對中誤差呈現(xiàn)出一定的規(guī)律:即邊長越短，其邊長相對中誤差越大。要提高控制網(wǎng)的精度，應(yīng)增加GPS邊長并盡量超過100 m。

(3)在林區(qū)減少樹木對衛(wèi)星信號的遮擋，并延長觀測時間，可有效提高短邊GPS控制網(wǎng)精度。

(4)北方林區(qū)凍土層較厚，冰雪融化時易引起控制點點位發(fā)生移位，控制點應(yīng)深埋。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50026—2007 工程測量規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2008.

［2］劉大杰，施一民.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，1996.

［3］田 發(fā)，李 建.GPS控制網(wǎng)在礦山測量中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011(4):52-53.