矿区GPS控制网的设计方案选择探讨

赵军波

（冀中能源股份有限公司葛泉矿，河北省邢台市，054102）

1 控制网等级的比较

能源煤总 〔1989〕25 号 《煤矿测量规程》第10条款规定，矿区控制网的等级为三等、四等、一级、二级分四级；GB／T 18314—2009 《全球定位系统 （GPS）测量规范》第5.1条款规定，GPS测量按照精度和用途分A、B、C、D、E 五级；GB／T 18341—2001 《地质矿产勘查测量规范》第4.6.1.3条款规定GPS 控制网为三等、四等、一级、二级四级；GB50026-2007 《工程测量规范》第3.2.7条款规定GPS控制网为二等、三等、四等、一级、二级分五级。

可见，对于GPS控制网等级的规定，其他几个规范是继承传统规定的，而 《全球定位系统（GPS）测量规范》则有所不同，如何对应呢？如果仅按照规范规定的控制网设计边长长度来比较的话，三等控制网可以对应D 级GPS控制网，四等控制网可以对应E 级GPS 控制网。但如果按照《全球定位系统 （GPS）测量规范》第5.3 条款规定，用于建立三等大地控制网，以及建立区域、城市及工程测量的基本控制网等的GPS测量，应满足C级GPS测量的精度要求；用于建立四等大地控制网的GPS测量应满足D 级GPS测量的精度要求。可见GPS控制网精度要求要比过去常规测量等级提高一级。故对于矿区首级控制网通常应采用D 级，加密控制网应采用E级。

2 边长或基线长度的比较

《煤矿测量规程》中控制网为常规三角网和导线网，第11 条规定了三等三角网的边长为5～9km，四等三角网的边长为2～5km。矿区三角控制网技术要求及精度规定见表1。

表1 矿区三角控制网技术要求及精度规定

《全球定位系统 （GPS）测量规范》5.2.2条规定：D 级GPS控制网的基线平均边长5km，E级GPS控制网的基线平均边长3km。GPS控制网技术要求及精度规定见表2。

在6.1.4条规定各级GPS网点位应均匀分布，相邻点间距最大不宜超过该网平均点间距的2倍。在12.3.3—d条又规定：B、C级GPS网，基线解算可采用双差解、单差解。D、E级GPS网根据基线长度允许采用不同的数据处理模型。但长度小于15km 的基线应采用双差固定解。长度大于15km的基线可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》4.6.1.3 条规定三等GPS控制网的基线边5～8km，四等GPS控制网的基线边2～5km。各等级GPS网的主要技术指标见表3。

《工程测量规范》规定三等GPS控制网的平均边长4.5km，四等控制网的平均边长2km。GPS测量控制网的主要技术要求见表4。

表2 《全球定位系统 （GPS）测量规范》的技术及精度要求

表3 《地质矿产勘查测量规范》的技术及精度要求

表4 《工程测量规范》的技术及精度要求

通过比较，可以发现 《全球定位系统 （GPS） 测量规范》规定的D 级网设计边长可以和其他规范的三等控制网相近，E级网设计边长可以和其他规范的四等控制网相近；而且GPS控制网在覆盖矿区范围内，D 级网设计边长可以达到10km，E级网设计边长可以达到6km，外围联测边可以超过15km 以上。这对于联测外围较远已知点时，可以节省工作量。而其他规范则无此规定或没有做出明确规定。

3 边长相对误差的比较

从表1～表4可以看出， 《煤矿测量规程》规定三等三角网的边长相对误差的限差为1／80000，四等为1／40000。 《全球定位系统 （GPS）测量规范》规定D 级和E级GPS控制网的基线相对误差的限差均为1／100000。 《地质矿产勘查测量规范》规定三等GPS 控制网的基线相对误差的限差为1／80000，四等为1／40000。《工程测量规范》规定三等GPS 控制网的基线相对误差的限差为1／70000，四等为1／40000。

通过比较可以发现 《全球定位系统 （GPS）测量规范》要求的控制网设计边长可以缩短，但对基线相对误差的精度要求却提高了，而这恰恰是GPS测量方法的优势。

4 闭合环或附合路线的边数比较

从表1～表4还可以看出，闭合环或附合路线的边数最大值情况。 《全球定位系统 （GPS）测量规范》规定D 级GPS控制网为8条基线，E 级为10条基线； 《地质矿产勘查测量规范》规定三等GPS控制网为6 条，四等为8 条； 《工程测量规范》规定各等级GPS控制网均为6条。而 《煤矿测量规程》第11条款规定三等附 （闭）合导线长度为15km，边长长度为2～5km；四等附 （闭）合导线长度为10km，边长长度为1～2km。推导出闭合环或附合路线的边数最大值为三等导线网8条，四等导线网为10条。

过去很多农村饮水工程硬件不配套，工程建成后一些群众在水表前加三通或其他方式偷水，还有的工程高位蓄水池没有水位控制系统，工程管理人员较多，工程管理难度较大。针对农村饮水工程点多、面广、线长和水源距离远、管线跨度大、供水点情况不同的实际情况，宁夏大胆引入先进的信息科技，加强工程硬件设施建设，如联户水表井、自动化控制系统等，逐步破解管理难题。

通过比较，可以发现在闭合环或附合路线的边数最大值的规定上， 《全球定位系统 （GPS）测量规范》是最接近 《煤矿测量规程》的。

5 外业观测技术要求比较

众所周知 《煤矿测量规程》中常规三角网和导线网，在外业观测作业方面无论是观测时间、通视条件、气象条件都和GPS作业是没有优势可比的。

《全球定位系统 （GPS）测量规范》第10.1.2条规定：D 级GPS控制网基线观测时间时段长度大于60min，E级大于40min；D 级卫星截止高度角大于15°，E 级大于15°；有效观测卫星总数D级大于4颗，E级大于4颗；对点位几何图形强度因子则无要求。

《地质矿产勘查测量规范》4.6.4.4 条规定GPS 控制网基线观测时间时段长度三等大于60min，四等大于45 min；三等卫星截止高度角大于15°，四等大于15°；有效观测卫星总数三等大于4颗，四等大于4颗；点位几何图形强度因子三等小于6，四等小于6。

《工程测量规范》第3.2.7条规定三等GPS控制网基线观测时间时段长度为20～60 min，四等为15～45min；三等卫星截止高度角大于15°，四等大于15°；有效观测卫星总数三等大于4颗，四等大于4颗；点位几何图形强度因子三等小于8，四等小于8。

通过上述各项的比较，设计时引用适当的规范很重要，例如贺庄矿GPS控制网，矿区面积不到20km2，在矿区内新建立了6个首级控制点，矿区内平均基线长度4km 左右，但由于3个已知控制点 （C190、B1177、B1173）距离矿区较远，分别为9km，13km、22km，见图1。可见引用 《全球定位系统 （GPS）测量规范》就合适，与已知点的联测边可以一次到位。而引用其他规范就明显不适宜了，由于受到基线边长最大值10km 的限制，就肯定要增加工作量了。

图1 贺庄矿GPS控制网

再例如磁西一号勘查区GPS控制网，矿区面积近60km2，在矿区内新建立了14 个首级控制点，矿区内平均基线长度也在4km 左右，由于3个已知联测点 （D 东古佛、C 凤凰台、D 北郭村）均在测区内，与已知点的联测边都为4km 左右，见图2。则引用上述3个规范都是可以的。

图2 磁西一号勘查区GPS控制网

6 高程控制的比较

对于高程控制测量，根据 《煤矿测量规程》第30条款规定矿区首级控制应采取三、四等水准测量；第32条款规定各等水准网中最弱点的高程中误差 （相对于起算点）不得大于±20mm；平差后每公里高差中数中误差三等不大于6mm，四等不大于10mm。

而现在执行的GB／T12898-2009 《国家三四等水准测量规范》只有第4.2条规定：每公里水准测量的偶然中误差MΔ三等不超过3.0mm，四等不超过5.0 mm；全中误差Mw三等不超过6.0 mm，四等不超过10.0mm。对于最弱点的高程中误差和平差后每公里高差中数中误差则无规定。

对于GPS高程， 《地质矿产勘查测量规范》5.1.1条款规定：测区高程基本控制应为三、四等水准或四等光电测距高程导线。当利用GPS进行高程测量时，经计算分析符合四等水准测量精度要求时，可以代替相应等级的水准测量。5.1.2条款规定：各等级水准网 （光电测距导线、GPS 高程测量）最弱点高程中误差，对起始点不大于0.05m。5.1.3条款规定：各等级三角点 （导线点）、GPS点的高程，采用水准、光电测距高程导线、GPS高程测定或三角高程测定，其高程中误差不大于1／20 等高距；当采用0.5 m 等高距时，不大于1／10等高距。

而《工程测量规范》对于GPS高程，未规定最弱点高程中误差的限差值。在4.4.1 条款中规定：GPS拟合高程仅适用于平原或丘陵地区的五等级以下等级高程测量。

可见同样是三四等水准测量，在精度要求上2009版 《国家三四等水准测量规范》要比 《煤矿测量规程》规定条款少。而 《地质矿产勘查测量规范》高程测量精度要比 《国家三四等水准测量规范》要求宽松。如想采用GPS高程作业，则 《工程测量规范》不宜引用。

7 结语

通过上述比较，对于矿区GPS 控制网设计，可以得出一些比较结果。平面控制网应引用 《全球定位系统 （GPS）测量规范》，具体设计时，为方便生产矿井的实际使用，控制网基线边长可以适当减短，而边长相对精度可以不降低。通过大量的实际生产经验，基线边大于2km 时，观测时间大于60min，其边长相对精度均可以满足1／100000的精度要求。而且外围联测边长的放宽，对于联测较远的已知点，可以减少野外实际的工作量。高程控制网，如采用三等水准，则应引用 《国家三四等水准测量规范》，如采用四等水准，在平原和丘陵地区，则可以采用 《地质矿产勘查测量规范》GPS拟合高程测量方法。

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