張青全 平安工程院公司

全球定位系統(tǒng)是美國從20 世紀70 年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)，于1994 年全面建成。GPS 是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，它具有全能性、全球性、全天性、連續(xù)性和實時性的精密三維導航與定位系統(tǒng)，而且具有良好的行干擾性和保密性。因此GPS 技術(shù)率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開了研究并得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹GPS 在新井建設(shè)前期礦井控制測量中的應(yīng)用，并提出幾點體會和對GPS 測量誤差來源以及精度控制的認識。

一、GPS 簡介

GPS 主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。定位是根據(jù)測量中的距離后方交會定點原理實現(xiàn)的。在待測點Q 設(shè)置GPS 接收機，在某一時刻t 同時接收到3 顆（或3 顆以上）衛(wèi)星S1，S2，S3所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)處理和計算，可求得該時刻接收機天線中心（測站點）至衛(wèi)星的距離Q1，Q2，Q3。

二、工程實例

（一）工程概況

本文涉及的工程是某礦區(qū)某礦深部井開發(fā)前期礦山控制測量，給井筒定位、十字基樁建設(shè)以及在今后礦井建設(shè)過程所需資料提供基本控制信息。深部井位于東經(jīng)117°、北緯34°，礦區(qū)面積約80km2，礦區(qū)平均海拔為+30m 左右，主要是耕地和塌陷區(qū)，地勢平坦，以農(nóng)作物為主，通視條件較好。但考慮到工期緊迫，測區(qū)面積大，已知點離測區(qū)較遠等因素，決定采用GPS 進行控制測量。

（二）GPS 控制網(wǎng)設(shè)計

根據(jù)工程需要和測區(qū)情況，選擇工程E級GPS 網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。要求平均邊長在0.2km～5km 之間，最弱邊相對中誤差不大于1/40000，GPS 接收機標稱精度的固定誤差a ≤10mm，比例誤差系數(shù)b ≤20。本測區(qū)布設(shè)了一個包含4 個起算點和5 個加密點共9 個控制點的E 級GPS 網(wǎng)，其加密點位編號為：D044，D049，K1，K2，K5，其點間距最小為230m，最大為1600m，平均為900m，基本滿足E 級GPS 控制網(wǎng)的布網(wǎng)要求。

（三）選點、埋石

首先，室內(nèi)根據(jù)測區(qū)地形情況和下一步測量工作需要，在1：10000 地形圖上進行初步設(shè)計；然后，根據(jù)室內(nèi)設(shè)計的點位到實地踏勘選點，確認滿足選點原則和工作需要的點位。GPS 點位的選取以方便交通、便于使用和保存，以及點位基礎(chǔ)堅實穩(wěn)固為首選。由于礦區(qū)多為泥土，需挖坑造標、刻鑿GPS 中心標志及編號，以紅油漆填涂，以便于GPS 點的保存和使用。

（四）GPS 觀測

本次GPS 控制網(wǎng)采用GPS 技術(shù)靜態(tài)觀測方法施測。

采用設(shè)備：3 臺南方雙頻GPS 接受機（標稱精度3mm+1pmm·D，D 以Km 計）。

觀測前由項目負責人編寫觀測調(diào)度表，觀測時滿足技術(shù)表格要求，GPS 接收機要求精確對中、整平，點位對中誤差小于3mm，測前測后兩次量取天線高，其較差不超過3mm，取中數(shù)為天線高，并準確記錄測站點號、點名、天線高、氣候條件及時段始終時間，在接收機觀測過程中，禁止靠近接收機使用對講機及手機，雷雨季節(jié)注意防雷，觀測者不得離開測站，防止人及其物體振動、碰動天線或遮擋衛(wèi)星信號。

（五）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

1.基線解算

GPS 網(wǎng)相鄰間基線長度精度用下式表示：

其中σ 為標準差；a 為固定誤差，本項目取3mm；b 為比例誤差因子，本項目取1mm；D 為相鄰點間基線長度，km。

基線解算以后應(yīng)進行以下幾項檢查：

以上數(shù)據(jù)顯示野外觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量良好，附合規(guī)范技術(shù)要求，參加平差的基線有效可靠。

2.無約束平差

GPS 網(wǎng)無約束平差是以三維基線向量方差協(xié)方差陣作為觀測信息，以一個點的WGS-84 系坐標作為起算數(shù)據(jù)，進行GPS 網(wǎng)的無約束平差。經(jīng)平差解算，其基線分量的改正數(shù)絕對值的最大分別為Vx=4.6mm，Vy=7.6mm，Vz=5.3mm，均小于3σ，即135.6mm。

3.約束平差

GPS 網(wǎng)的約束平差是利用無約束平差后的可靠觀測量，在測區(qū)已知點確定的1954 北京坐標系下進行二維約束平差。經(jīng)平差計算，基線分量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果中的同一基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對值最大分別為dVx=5.6mm，dVy=4.8mm，dVz=7.4mm，均小于2σ，即，90.4mm。

二維約束平差結(jié)束后，即在提供測區(qū)已知高程點高程系中進行高程擬合計算，最后得出各新增GPS 點的正常高。

通過計算得出，最弱點中誤差、最弱邊相對中誤差、最弱點高程中誤差的數(shù)值，均小于GB/T18341-2001 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范規(guī)定的最弱點中誤差Mp=±10cm 最弱邊相對中誤差1/40000、最弱點高程中誤差Mh=±500×1/20=±25cm，因此本網(wǎng)的二維約束平差完全符合E 級GPS 網(wǎng)的精度要求。

三、復(fù)測點與原網(wǎng)二維平差成果的比較分析

根據(jù)網(wǎng)的最弱點精度Mp ≤10cm，最弱點高程中誤差Mh ≤25cm 的要求，GPS 網(wǎng)點兩期點位較差的允許值應(yīng)為：

點位較差根據(jù)網(wǎng)的兩期二維平面坐標按下式計算：

故兩期網(wǎng)點坐標之差應(yīng)滿足dpi≤δp=28.2cm 的要求。

四、三點體會

1.通過此次測量，充分體現(xiàn)了GPS 技術(shù)精度高，設(shè)備適合野外作業(yè)，操作簡單、高度集成的特點。盡管野外干擾因素多，但由于GPS 計算軟件的功能強大，在自動處理數(shù)據(jù)方法的同時，輔以人工干預(yù)模式，通過一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理、檢核、GPS 網(wǎng)平差，通過三維無約束平差、二維約束平差、GPS高程擬合，同樣獲得高精度GPS 點。

2.對于GPS 控制網(wǎng)基線測量，基線長度較短的情況下（最大長度不超過30km），GPS 的軌道誤差（星歷誤差）、太陽光壓影響以及美國SA 技術(shù)基本對測量精度不產(chǎn)生影響（它只能影響單點定位和長基線測量結(jié)果）?；€長度在20km-30km 的GPS 控制網(wǎng)，采用單頻GPS 接收機測量的效果比較好，完全能滿足礦山測量的需要，GPS 高程測量也能代替四等水準測量，當施工對高程要求比較高的情況下，GPS 點高程要慎用。

3.作業(yè)過程中，在GPS 接收機滿足作業(yè)精度要求的情況下，測量誤差主要來源于多路徑誤差、周跳和點位的對中誤差。