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        控制測量在礦山地質(zhì)測量中的應(yīng)用

        2022-12-16 07:51:24
        世界有色金屬 2022年17期
        關(guān)鍵詞:礦山測量

        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)過渡,全面整合地質(zhì)資料。在礦山地質(zhì)測量工作開始前,開展GNSS靜態(tài)控制測量工作。

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

        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)測量面積共約30平方公里,在測區(qū)內(nèi)共布設(shè)測量控制點(diǎn)30個(gè)。在測量控制網(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)測邊,異步環(huán)可以對觀測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),沒有公共邊作為檢測邊,這種控制網(wǎng)的幾何強(qiáng)度不高而且控制測量成果可靠性差,因此,在現(xiàn)代測繪工作中,很少用到點(diǎn)連接式的控制網(wǎng),特別是在礦山地質(zhì)測量這種測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),控制測量成果的可靠性很高,但是在實(shí)際工作中需要4臺以上的GNSS接收機(jī)才能施測作業(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量中。

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

        1.2 野外選點(diǎn)埋石

        1.2.1 選點(diǎn)

        為檢驗(yàn)GNSS靜態(tài)控制測量成果,通常在選點(diǎn)時(shí)選擇其中兩個(gè)以上的測量控制點(diǎn)通視,有利于用全站儀等其他測量儀器對控制點(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)工作對控制測量成果影響較大,好的控制點(diǎn)點(diǎn)位能夠保證控制點(diǎn)的觀測過程更加順利,還能夠提升觀測質(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。選擇相對穩(wěn)定的點(diǎn)位,可以讓控制點(diǎn)長期保存、長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°以上有過多的障礙物會影響控制點(diǎn)在觀測的時(shí)候GNSS接收機(jī)接受衛(wèi)星信號,對后期控制測量成果影響較大,甚至成果不能滿足礦山地質(zhì)測繪要求。

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

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

        在整個(gè)GNSS控制網(wǎng)范圍內(nèi),選4個(gè)國家C級GNSS控制點(diǎn),與新GNSS控制網(wǎng)點(diǎn)同步聯(lián)測;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)觀測依據(jù)《全球定位系統(tǒng)GNSS測量規(guī)程》中有關(guān)靜態(tài)邊連式的觀測方案,控制測量每測段同步觀測時(shí)長定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)的對準(zhǔn)用光學(xué)對準(zhǔn)器對準(zhǔn);天線高度用鋼尺在不同方向上量測二次,其差值不超過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)際意義就是對測量數(shù)據(jù)的平差,其中,雙差觀測值作為平差過程中使用的主要觀測值。數(shù)據(jù)平差的過程主要分為三個(gè)步驟,第一步是觀測數(shù)據(jù)的初始平差,軟件根據(jù)觀測值的觀測方程,組合成為法方程后,計(jì)算出基線向量的浮動解。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,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量成果的正確與否。因此,基線解算的工作步驟在控制測量中顯得非常重要。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)過程中輸入不準(zhǔn)確。已知點(diǎn)坐標(biāo)的錯誤會導(dǎo)致基線出現(xiàn)一定方向的偏差,會明顯影響基線解算的成果。

        (2)觀測時(shí)段衛(wèi)星數(shù)量較少或者部分衛(wèi)星被GNSS接收機(jī)觀測的時(shí)間不夠,觀測時(shí)間不夠的衛(wèi)星會影響到該衛(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)觀測時(shí)段中,部分時(shí)間內(nèi)周跳過多,導(dǎo)致周跳修復(fù)不完善,也會影響到基線解算的結(jié)果。

        (4)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測過程中被多路徑效應(yīng)影響較大另外,對流層或者電離層折射影響較大也會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)測量規(guī)程GB-T2009》的要求,進(jìn)行GNSS網(wǎng)的無約束平差和約束平差。

        (1)數(shù)據(jù)處理:為了獲得GNSS觀測基線向量并對觀測成果進(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)果對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析并做出評價(jià),以確保觀測成果和定位結(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)無約束平差:無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。無約束平差中,各基線分量改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足:V△x≤3σ;V△y≤3σ;V△z≤3σσ—相應(yīng)級別規(guī)定的精度(按網(wǎng)的實(shí)際平均邊長計(jì)算)。

        (4)約束平差:利用無約束平差后的可靠觀測量,在2000國家大地坐標(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、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)與無約束平差結(jié)果的同一基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對值應(yīng)滿足:dV⊿x≤2σdV⊿y≤2σdV⊿z≤2σ。

        1.5 圖根控制測量

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

        2 控制成果的應(yīng)用

        GNSS靜態(tài)控制測量廣泛用于測繪行業(yè),并且已經(jīng)慢慢的發(fā)展成為測繪領(lǐng)域中控制測量的主要技術(shù)方式,對于傳統(tǒng)測繪儀器的測繪方式來說,GNSS靜態(tài)控制測量各觀測點(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,受到天氣的影響也比較小。GNSS靜態(tài)控制測量成果是礦山地質(zhì)測量工作的前提條件,能夠使地質(zhì)測量過程中的界址點(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)無法搜索到足夠多的衛(wèi)星,無法得到圖根控制點(diǎn)的精確坐標(biāo),無法使用GNSS-RTK施測圖根控制點(diǎn),此時(shí),應(yīng)使用導(dǎo)線測量,因?yàn)榈刭|(zhì)測量要求的坐標(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。

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

        3 結(jié)論

        GNSS靜態(tài)控制測量成果起到對限制測量誤差累計(jì)和傳播的作用,對于本次GNSS靜態(tài)控制測量和圖根控制測量來說,主要是指在測量的區(qū)域內(nèi),根據(jù)礦山地質(zhì)測量的測量任務(wù)和目標(biāo)要求,測定GNSS靜態(tài)控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)的平面位置和高程。在控制測量過程中,要根據(jù)測區(qū)實(shí)際情況對控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化布置,并將其當(dāng)作礦山地質(zhì)測量的工作基礎(chǔ)。在礦山地質(zhì)測量過程中,可靠的控制測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。

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