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地质工程测量中GPS控制网的设计与观测资料分析

更新时间 2011-4-17 11:19:40 点击数:

地质工程测量中GPS控制网的设计与观测资料分析
赵惠德*
(山西省地质调查院,山西太原030000)
摘 要:简单介绍了GPS定位技术在地质工程测量中的应用;详细叙述了GPS控制网的设计布设;
进一步论述了GPS控制网的基线解算、平差过程和误差分析;最后提出了在地质工程测量中如何合
理地利用GPS定位技术布设控制网,对以后类似的工作有一定的指导意义。
关键词:地质工程测量;GPS;CQG2000
中图分类号:P623 文献标识码:A 文章编号:1004—5716(2011)03—0103—04
    1 概述全球定位系统GPS具有全天候、速度快、精度高、成本低等特点,为测绘工作提供了一个崭新的定位测量手段,近几年来已经广泛应用于各种基础、城市以及工程测量中,取得了显著的经济效益,赢得了广大测绘工作者的青睐。
    地质工程测量是为了地质找矿而做的基础工作,与其它工程测量相比有其特殊性:(1)基本上都是在山区作业,通讯不便,交通困难;
    (2)各种成果仍然承继以往资料建立在BJZ54系统之下;
    (3)原国家等级三角点、导线点在山区破坏严重,高等级GPS点、水准点在山区分布严重不足,使得布网困难。
    因此,讨论如何合理地利用GPS定位技术布设控制网,取得适宜的精度,达到地质工程的要求,显得尤为重要。
    2 地质工程测量的主要技术标准(1)《地质矿产勘查测量规范》(GB/T18341 -2001)。是地质工程测量执行的主要标准,内容包括了几乎所有的地质测量内容。
    (2)《地质调查GPS测量规程》(DD2004-03)。是为适用于中国地质调查局下发的各种地质调查项目。
    (3)《物化探工程测量规范》(DZ/T0153-95)。是为地质勘探中的物理、化学勘探两种专业规定的从控制布网到测网布设的各项精度指标。
    (4)《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2001)。适用于各种测绘的通用规范。
    在布设控制网前应按《设计》要求,确定使用上述哪个标准。不同的标准对控制网的基线长度、观测时间、解算精度、约束条件以及能否发展次一级网等不尽相同。
    3 GPS控制网的设计
    GPS控制网的设计虽然不像以往常规测量网的设计,需要考虑边长相近、点间通视、角度大小等众多因素,GPS网设计方便灵活,但也并不是说GPS控制网不用精心设计、可以随意连边成网,它同样也需要从多方面考虑。
    有关资料文献与多年的经验可知:布网时应尽可能地选择国家一、二等三角点,最好是同边邻点,这样的点位精度基本相同,能够很好地将WGS84坐标较严密地转换到BJZ54系统,而尽可能地少选用三、四等点。众所周知,三、四等点通常是一、二等锁网点内插所得,因此不在同锁网内的三、四等点的精度不统一。如果选用跨锁网的三、四等点,就会使得GPS控制网在约束平差时很难得到较为理想的精度。所以,收集起算约束点的成果时要考虑这些因素。
    为了求得较为精确的转换参数,约束点应均匀分布在工区的外围。选用3个约束点[按《全球定位系统(GPS)测量规范》]的近似方形的小面积工区,点位理想分布为以工区几何重心为中心的近120°形状(如图1所示);选用3个约束点的近似带状的工区,2个约束点应分布在长边两侧,一点位于中心(如图2所示)。选用两个约束点(按其它地质测绘规范)的近似方形的小面积工区,点位理想分布为以工区几何重心为对称点近180°等值直线形状(如图3所示);选用两个约束点的近似带状工区,2个约束点应分布在长边两侧,如图4所示。
    图1 三点控制的近似方形工区
    图2 三点控制的近似带状工区图3 两点控制的近似方形工区图4 两点控制的近似带状工区这样设计的网型有利于较为准确地推算工区的坐标转换参数,也利于以后工区控制网扩展、连接。
    对于大面积工区控制网,则应较多地起用约束点,且均匀分布,以求得最为接近工区的合理的转换参数。
    控制网宜以边连接为主,辅以点连接,这样可减少工作量,又可达到多检核的目的。但控制网外围应用边连接,内部辅以点连接。对于带状工区则应布设为边连接全面网,不应有点连接。
    4 控制网的计算平差
    4.1 基线解算各《规范》规定等级网相邻点间弦长精度按下式表示:σ=±a2+(b×D×10-6)2式中:σ———标准差,mm;
    a———固定误差,mm;
    b———比例误差系数;
    D———相邻点的距离,km。
    《地质调查GPS测量规程》中规定:相同等级的GPS网,根据基线长度不同,应采用不同的数学处理模型:基线短于8km时,须采用双差固定解。长度为8~30km的基线,可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。30km以上的长基线,可采用三差解作为基线解算的最终结果。
    《全球定位系统(GPS)测量规范》中规定在进行C级以下各级GPS网解算中,15km内的基线,须采用双差固定解。15km以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。
    《地质矿产勘查测量规范》与《物化探工程测量规范》对多长的基线采用何种解算方法没有做强调。
    通常GPS商用软件在进行基线处理前要对基线处理进行设置。GPS处理软件默认的是双差固定解,合格基线方差比(ratio)大于3.0,一般来说在基线10km以内,基线方差比满足此条件,可以认为是符合《规范》中等级网的测量要求的。随着基线长度的增加,其中误差也相对会有所增加。对于在基线解算中失败的观测数据,应先调节卫星高度截止角,调整采样间隔,删除周跳太多的历元,更换参考卫星等方法重新解算,倘若经这四种方法调整后解算仍不理想,应考虑到野外返工。
    如果仅作为加密控制,或者要求较低的情况下也可以相对放宽条件,将方差比设置为2.0,这也是可以的。
    外业质量检核是确保平差精度要求的重要环节:(1)重复基线边检核。重复基线的长度较差ds≤2 2σ。其中σ在不同的《规范》内表达意义不一样:《地质矿产勘查测量规范》指相应级别规定的精度(按实际平均边长计算)。
    《地质调查GPS测量规程》基线向量的弦长中误差(按实际平均边长计算),σ式中的a、b指布网的等级精度。
    《物化探工程测量规范》中指接收机的标称精度。
    《全球定位系统(GPS)测量规范》指相应级别规定的精度(按实际平均边长计算)。
    对于有复测基线互差超限的,应重新检查基线的方差比值,对于方差比值较小的,特别是临界的要重新设置参数,重新解算,解算后仍然超限的,也暂时不要剔除返工,应在异步环和同步环中进一步做分析,以确定哪条基线含有粗差。
    (2)同步环闭合差检核。各《规范》中对同步闭合环的要求为:《地质矿产勘查测量规范》:Wx,Wy,Wz≤n2σ;
    《地质调查GPS测量规程》:Wx,Wy,Wz≤n2σ,W

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