1、目錄礦山近井點建立技術研究 11.1 概述 11.2 已有測繪資料的分析利用 11.3 坐標系和投影面選擇 . 21.4 GPS 控制網的布設 31.5 近井點點位的選取 41.6 技術標準 71.7 平面控制網 91.8 高程控制網 111.9 數據處理 14礦山近井點建立技術研究1.1 概述在全國范圍內都布設了國家一、二等三角網和水準網，在礦區范圍內也有國家一、二 等三角點和水準點。但是，這些點的密度很小，遠遠不能滿足礦區測量的需要。通常進行 的礦區控制測量就是在國家一、二等三角網和水準網的基礎上布設礦區三、四等三角網或 高精度的光電測距導線作為礦區的平面控制，布設礦區三、四等水準網作為礦

2、區的高程控 制。為了滿足礦井建設和生產的需要，建立礦井上、下統一坐標系統，還需在礦井工業廣 場井筒附近布設平面控制點和高程控制點，即我們通常所說的近井點和井口水準基點。在礦井建設和生產過程中，為了井口位置和工業廣場建筑物的標定，井上、下聯系測 量，井口之間貫通測量等，首先需在井口附近地面上建立近井點。高質量的近井點，應是 既滿足工程施工標定對近井點點位精度的要求又能使觀測工作量（例如野外觀測時所花時 間和費用）最小，即成本最低的近井點，這種近井點，稱為最優點。建立最優近井點，可 通過優化設計來實現。它包括最佳點位（圖形）設計和最佳觀測權設計。本文只闡述礦區 近井點圖形最佳設計，并就礦區常用的幾

3、種近井點推證了最佳圖形、最佳點位精度、非最 佳點位精度以及它們之間變化情況。考慮到礦區在長期礦井建設及開采過程中，近井點點 面遭到破壞，因此近井點應該設立在有利于長期保存的位置，以滿足將來的需要。近井點 點位依據工業廣場設計圖， 盡可能懸在不影響工廣建設， 易于保存、 同時狀況良好的地方， 具體位置由礦方決定。近井點大致高程需要與工廣設計高程相近，做到不影響生產、易于 保存和利用。由于 GPS測量的特殊性，為了保證 GPS測量的精度，點位選擇還要遵循一定的 技術要求。本文以萬福煤礦測區為例闡述礦山近井點測設的方法及相關問題。1.2 已有測繪資料的分析利用測區附近有四個三等三角點，分為：郭莊、王

4、水坑西、張莊、后牛樓，是泰安中煤物 測隊于 1987年10月-1988 年8月，在改造后的菏澤二等網基礎上施測的， 稱為“巨野三等三角網”，采用 1954坐標系，三個點保存完好，距離礦區大約為4 公里、2 公里和 7公里，本次測量擬采用其作為近井點的起算數據。 上述三等點的高程是泰安中煤物測隊于 1990年在國家二、三等水準點的基礎上不設的四等水準點，采用1956 黃河高程系，水準網的高程中誤差為 0.0192m。選用國家二、三等水準點作為本次測量的高程起算數據。已知數據見表 1.1表 1.1 已知坐標數據點號點名X（m）Y（m）高程（ m）備注1郭莊7614.8588354.00342.77

5、4柱石面真高2王水坑西2453.8826777.14144.647柱石面真高3張莊2277.2182629.44741.941柱石面真高本次測量前要求對起算數據進行檢核，具體檢核方案如下：（1）在郭莊、王水坑西、張莊按照 D 級 GPS點觀測規范要求進行靜態 GPS測量，獲 得其同步觀測數據。（ 2）利用 GPS隨即軟件進行數據處理，分析其精度，進行互相推求解算，分析其已 知成果精度。（3）如果有必要，聯測董官屯鎮、柳林鎮、大謝集鎮和董樓C級 GPS點（80 系）中的部分點進行坐標轉換好精度分析或通過中煤物測隊獲取更多礦區附近高等級控制點。1.3 坐標系和投影面選擇根據萬福煤礦的要求，平面控制

6、測量采用 1954 年北京坐標系1954 北京坐標系參考橢球基本幾何參數為：長半軸 a=6378245m短半軸 b=6356755.2882m扁率 a=1/298.3第一偏心率平方 12=0.00669438499959第二偏心率平方 22=0.0067395081947高程采用 1956 黃海高程系1.4 GPS 控制網的布設近年來隨著 GPS定位技術的發展， GPS相對定位精度在幾十千米的范圍內可以達到 1/1000000-1/10000 ，完全可以滿足城市二、三等網的精度要求。 GPS網的網形在很大程 度上與使用接收機的數量和作業方式有關。 目前，在地鐵及公路的建設過程中， 首級網的 布

7、設很多都是采用了 GPS網。施工控制網的設計一般經過下列過程： 首先根據建立控制網的目的、 要求和控制范圍， 經過圖規劃也野外選點，確定控制網的圖形并決定參考基準（起始點） ；根據測量儀器條 件擬定觀測綱要（觀測方法和觀測值的預期精度） ；根據觀測所需的人力、物力進行成本 預算；根據控制網圖形和觀測精度進行目標成果的精度估算和分析， 并與預定的要求進行 比較，作必要的方案修正，以上稱為控制網的設計工作。然后是付諸實施，埋設標志，建 立觀測墩、臺和觀測標志， 按預定綱要進行觀測，按觀測數據評定觀測精度。最后進行成 果處理、平差計算，平差值及目標成果的精度評定。控制網優化設計的質量標準控制網的質量

8、是控制網設計的核心和宗旨。 用什么標準來衡量控制網的質量好壞， 不 僅卻取決于工程的性質和要求， 而且取決于標準制定的合理與否。 因此，標準的制定對控 制網的設計非常重要。 而這個標準就是控制網優化設計的質量標準， 又稱為質量指標或質 量準則。通常，我們用一些數值指標來描述控制網質量的好壞。 根據對控制網的要求不同， 一 般有下列 4 個方面的質量指標：（1）精度，描述誤差分布離散程度的一種度量；（2）可靠性，發現和抵抗模型誤差的能力大小的一種度量；（3）靈敏度，監測網發現某一變形的能力大小的一種度量；（4）經濟，建網費用。- 3 -1.5 近井點點位的選取近井點點位依據工業廣場設計圖， 盡可

9、能在不影響工廠建設， 易于保存、 同時情況良 好的地方，具體位置由礦方決定。另外，工廠設計高程約為44.5m，近井點大致高程需與該設計高程相應，做到不影響生產、易于保存和利用。由于GPS測量的特殊性，為保證GPS測量的精度，點位選擇還需遵循以下的技術要求。（1）盡可能埋設在便于觀測、 保存和不受開采影響的地點。 當近井點必須設置于井口 附近工業廠房頂上時，需保證觀測時不受機械震動的影響和便于向井口敷設導線。（2）每個井口附近需設置一個近井點和兩個高程基點。 近井點和連測導線點 （即近井 點至定向連接點或斜井、平哃口之間的導線點）據可作為高程基點用。（3）近井點至定向連接點 （或斜井、 平哃口的

10、導線點） 之間的連測導線邊數需不超過3 個。（4）多井口礦的近井點應統一規劃， 合理布置，盡可能使各近井點位于同一個三角網、 三邊網、邊角網或導線網中， 并使相鄰井口的近井點構成控制網中的一條邊或力求間隔的 邊數最少。（5）近井點和井口高程基點表示的埋設深度在無凍土地區應不小于0.6m，在凍土地區盤石頂面與凍結先之間的距離應不小于 0.3m。（6）為使近井點和井口高程基點免受損壞，在點的周圍應設置保護樁和柵欄或刺線。 在標石上方宜堆放高度不小于 0.5m 的碎石。（7）在實地選點前，應收集有關布網任務與測區資料，包括 1：10000 地形圖，已有 的控制點、站的資料；并充分熟悉測區的情況。（8

11、）點位均選在易于安置接收設備，交通方便，視野開闊的較高點上。（9）點位目標顯著，視場周圍 15以上不應有內障礙物，以減少 GPS信號被遮擋或 障礙物吸收。（10）點位應遠離大功率無線電發射源（如電視臺、微波站等）其距離不小于200m；遠離高壓線，其距離不得小于 50m，以避免電磁場對 GPS信號的干擾。11）點位附近不應有大面積水域，不應有強烈干擾衛星信號接受的物體，并盡量避開了大面積反射墻。（12）所選點形成的網形應有利于同步觀測邊的連接。（13）交通方便，有利于水準、加密等其他測量手段擴展和連測邊的連接。（14）近井點的選擇在滿足以上條件的基礎上應盡量選在交通便利的地方。根據以上技術要求和

12、萬福煤礦的需要， 選擇 6個點作為近井點， 如圖 1-1 所示，點位 設計坐標如表 1.2 。另外，在工廣區之外埋設 3-4 個近井點，以便備用和長期保存。表 1.2 近井點分布表點名坐標 X坐標 Y備注W-11167.595925.58W-20971.085946.64W-30967.126355.32W-40666.096354.67W-50662.825985.28W-60528.756000.99圖 1.1 近井點分布由于 GPS觀測站之間不要求互相通視，所以選點工作較常規測量要簡便的多。因為 GPS點點位的選擇，對 GPS觀測工作的順利進行并得到可靠地成果有重要影響，所以，應 根據測

13、量任務的目的和測區范圍、 精度和密度的要求等， 從分收集和了解測區的地理情況 及原有控制點的分布和保存情況， 恰當地選取 GPS點的點位。 在選定 GPS點點位應遵循以 下原則：1）定位周圍便于安置天線和GPS接收機。視野開闊， 視場內周圍障礙物的高度角一般應小于 152）定位應遠離大功率無線電發射源 （如電視臺、 微波站及微波通道等） 及高壓電線， 以免周圍磁場對 GPS信號的干擾（3）為減弱多路徑效應的影響，定位周圍不應有對電磁波發射強烈的物體。（4）定位選擇在交通方便的地方，以提高作業效率。（5）選點時，應考慮便于用其他測量手段聯測和擴展。（6）點位應選擇在地面基礎堅固的地方，以便于保存

14、。為了長期保存點位， GPS控制點一般應設置具有中心標志的標石，精確標志點位。 GPS 點的標石和標志必須穩定、 堅固。對于研究三維變形的 GPS監測網的點位， 更應該建造便 于保存的標志，為提高 GPS測量精度，可以建造帶有強制對中的觀測墩。1.6 技術標準D級 GPS網測量作業基本技術規定符合下表的要求：表 1.3 D 級 GPS網測量作業基本技術規定目項級別衛星高度角（1）有效觀測衛星總數時段中任 一衛星有 效觀測時 間（ min）觀測時段數時段長度（min）數據采樣 間隔（ s ）D154151.6455-15GPS觀測所選有效觀測衛星與測站組成的幾何圖形盡可能堅強， 點位幾何圖形強度

15、因 子（pdop）值， D級網小于或等于 10。GPS觀測，需事先制定觀測計劃，統一指揮，做到 同時開機，同時關機，觀測員應將 GPS接收機天線準確置于測點上方，對中誤差 2mm。 保證每個時段觀測的有效性， 關機后再量取一次天線高。 作為校核，兩次差不得大于 3mm， 取平均值作為量后結果。 觀測員認真仔細填寫 GPS測量野外觀測手簿， 做到填寫及時、 正 確，在作業過程中嚴禁作業人員離開現場，防止人和其他物體靠近天線遮擋衛星信號。技術要求：1）在 GPS網設計時 ,根據 煤礦測量規程 中對礦區控制網的精度要求 ,可選擇精度為四等或一級的 GPS 網, 一般建議選擇四等的 GPS網。（2）布

16、網時應考慮與國家坐標系統統一起來 , 即聯測國家高等級控制點 , 將國家高等 級控制點作為控制網中的已知點來使用。（3）在 GPS網的圖形設計時宜采用邊點混合連接方式， 這樣既能保證網的幾何強度 , 提高網的可靠指標 ,又能減少外業工作量 , 降低成本。（ 4）選點時應遵守原則是 : 遠離高壓輸電線及大面積水域等影響精度的地方 , 同時考 慮 GPS 控制點與近井點和井口的水準基點重合 , 這樣可提高井下平面控制網的精度及節 省成本。（5）觀測時要嚴格按 全球定位系統 （ GPS） 測量規范 或全球定位系統城市測 量技術規程 的相關規定進行觀測 ,同時根據設計精度 , 注意保證足夠的觀測時間。

17、（6）在 GPS基線平差中 ,應先采用無約束平差 , 在無約束平差確定的有效觀測測量的 基礎上, 在以國家坐標系的一個已知點和一個已知基線的方向作為起算數據 ,平差將 GPS 基線向量觀測值及其方差陣轉換到國家坐標系的二維平面上。（7）在 GPS網的平差得出大地高后 ,求解正常高時 , 可采用 GPS水準高程或者是 GPS 三角高程的方法。但根據煤礦應用的實際 , 筆者建議采用水準測量進行直接測設高程 ,同時 聯測至井口附近對礦山建設有用的 GPS控制點上即可。近井點可在礦區三、四等三角網 , 測邊網或邊角網的基礎上，用插網、插點和敷設經 緯儀導線等方法測設。近井點的精度，對于測設它的起算點來

18、說，其點位中誤差不得超過 7 cm10。井口水準基點應按四等水準測量的精度要求測設。此外近井點和高程水準基點的布設還要滿足以下要求：（1）盡可能埋設在便于觀測、保存和不受開采影響的地點；（2）近井點至井口的連測導線邊數應不超過 3條；（3）高程水準基點應不少于兩個近井點可作為高程水準基點1.7 平面控制網用天寶雙頻接收機，標稱精度為（ 5mm+1ppm*）D；GPS控制網按靜態相對定位模式 觀測。靜態相對定位模式作業方法是， 將兩臺或兩臺以上的 GPS接收機設備分別安置在幾 個點上，同步觀測 1-2h ，當測站間距離不超過 5km時，觀測時間可縮短到 45min 左右。天線安置應符合下列要求：

19、（1）一般情況下，天線應盡量利用三角架安置在標志中心的垂線方向上，直接對中。 當點上建有尋常標，在覘標下安置天線應適當延長觀測時間。（2）天線底板上的圓水準氣泡必須居中。 雷雨天氣安置天線時， 應注意將其底盤接地， 以防雷擊，在雷雨過境時應暫時關機停測，卸下天線。觀測應注意事項：（1）觀測組中各接收機的觀測員應按觀測計劃規定的時間作業， 確保同步觀測同一組 衛星。（2）在確認外接電源電纜及天線等各項聯接結無誤后， 才能接通電源。 在接收機預置 狀態正確時， 才可啟動接收機。 接收機啟動前與作業過程中， 應隨時逐項填寫測量手簿中 記錄項目，開機后接收機的儀表數據顯示正常時， 才能進行自測試和輸入

20、有關測站和時段 控制信息。（3）接收機開始記錄數據后，觀測員應使用功能鍵和選擇菜單，注意查看測站信息、 接收衛星數量、衛星號、 各通道噪音比、相位測量殘差、 實時定位的結果及其變化和存儲 介質記錄等情況。 天線安置后， 應在各觀測時段的前后各量取天線高一次。 兩次量高之差 不應大于 3mm，取平均值作為最后的天線高。若互差超限，應查明原因，提出處理意見， 記入觀測記錄。（4）在一個觀測段中， 接收機不得關閉并重新啟動； 不準改變衛星高度角的限值和天 線高；觀察員應注意防止接受設備震動，更不得移動；不得碰動天線或阻擋信號。（5）經檢查所有作業項目均按規定完成，并符合要求，記錄與資料完整無誤， 且

21、將點 位恢復原狀后，方可遷站。- 9 -觀測記錄由 GPS接收機自動形成，并記錄在存儲介質（翅磁卡或記憶卡等）上， 其內 容有：載波相位觀測值， 相應的 GPS時間，GPS衛星星歷及衛星鐘差參數； 測站初始信息， 包括測站點名和點號、 時段號、近似坐標、天線高等，測站信息先由觀測人員輸入接收機。 測量手簿是在觀測過程中由觀測人員填寫完整，不得測后補記。在 GPS控制網的圖形設計中， 要保證 GPS觀測成果的可靠性， 有效地發現觀測結果中 的差粗差，必須將 GPS 控制網中的獨立邊構成一定的幾何圖形。這些幾何圖形是由數條 GPS獨立邊構成的非同步多邊形（稱為非同步閉合環） ，如三邊形、四邊形、五

22、邊形等。 但如果要保證 GPS控制網的精度， GPS控制網的閉合環中的邊數應限制在一定的數目內。 這個數目一般根據 GPS控制網精度要求和應用的目的性來確定。 當對 GPS控制網精度要求 較高時，建議 GPS控制網閉合環中的邊數不超過 4 條 -5 條，要求精度較低時，閉合環中 的邊數也不應超過 6 條-7 條。如圖 1.2 ，本次近井點平面測量采用靜態 GPS觀測，利用泰安中煤物測隊建立的三個 巨野三等三角點作為起算數據，按照全球定位系統（ GPS）測量規范中 D級 GPS點測 量技術規程進行施測， 利用 4 臺接收機分 8 個時段，形成 7 個同步環和 8 個異步環、確保 有足夠的解算、檢

23、核數據。- 10 -1.8 高程控制網如圖 1.2 ，本次近井點高程測量采用水準測量方式進行，利用董官屯鎮和大謝集鎮兩 個 C級 GPS點（高程為三等）作為起算數據，因其高程基準屬 85 基準，特設計水準觀測 方案如下：（1）董官屯鎮和答謝集鎮兩個 C 級 GPS點高程改正到黃海高程（ 29mm）； （2）從三等水準點董官屯鎮出發，聯測四等水準點王水坑西（黃海高程進行檢核；（3）繼續串聯 6 個近井點；（4）聯測四等水準點郭莊（黃海高程）進行再次檢核；（5）附合到三等水準點大謝集鎮。該方案進行多次附合與檢核，能夠滿足本次高程控制測量要求。- 11 -圖 1.3 高程控制網規程要求井口基點高程應

24、按照四等水準測量的精度施測， 以滿足兩相鄰井口間進 行主要巷道貫通工程測量的要求。 由于兩井口間進行主要巷道貫通時， 在 Z 軸方向（即高 程）的允許偏差 MZ允 =0.2m，則其中誤差 MZ =0.1m，由于一般要求兩井口高程基點相 對高程中誤差引起貫通點 K在 Z軸方向的偏差中誤差應不超過M Z /3= 0.03m，考慮到 兩相鄰井口高程基點間的測量路線一般為直線并且小于5km，所以在平坦地區應采用四等水準施測。采用 S03級 laica DNA03 自動安平水準儀和相應銦鋼水準尺。 施測前，按規程要求進 行。符合水準路線或環形閉合差 20 L mm，L 為路線長度，單位為 km。平差每公

25、里水準 測量偶然中誤差 M5mm每, 公里水準測量全中誤差 M 10mm。1）水準野外觀測- 12 -設置測站餓要求。 四等水準測量采用尺臺作轉點尺承。 觀測點在標尺分劃線成像清 晰穩定時進行，若成像欠佳，應酌情縮短視線長度，測站的視線長度、視線高度按下表1.4 執行：表 1.4 四等水準測站視線長度、視線高度要求等級視線長度前后視距差（米）前后視距積累差（米）視線高度儀器類 型視距（米）四等LaicaDNA03503.010.0三絲能讀書測站上觀測方法和順序：四等水準測量采用儀器自身的全自動讀數、存儲、校核功能施測2）觀測中應遵守的事項a、觀測時，須用白色測傘遮蔽陽光，遷站時，應罩以白色儀器

26、罩；b、轉彎除外，每一測站上儀器和前后視標尺的三個位置，盡量接近一條直線；c、一測站上觀測時，一般不得兩次調焦，僅當視線長度小于10m，且前后視距差小于1m時，可在觀測前后標尺時調整焦距；d、已知點及近井點任兩點間測站數都應為偶數；e、觀測過程中作業人員應認真負責，嚴防尺臺被車輛等碰到水準路線閉合按下表 1.5 執行：等級符合路線或環線閉合差平原山區四等20 L25 L注：L 為附合路線（環線）長度， km。四等水準測量每公里測量的偶然中誤差 M 5mm- 13 -M = 1/4n / R式中： - 測段往返測（或左右路線）高差不符值， mm；R-測段長度， km；n- 測段數當水準網的水準環

27、超過 20 個小時，還須按環閉合差 W計算每公里水準測量全中誤差 MwMw= 1/NWW /F式中： W-水準環閉合差， mm。F- 水準環線周長， kmN- 水準環數。全中誤差 Mw 10.0mm1.9 數據處理GPS測量的精度標準通常用網中相鄰點之間的距離中誤差來表示，其形式為：= a2 （bd）2式中： 標準差（基線向量的弦長中誤差 mm）a固定誤差（ mm）b比例尺誤差系數（ ppm）d相鄰點間的距離（ mm）國家測繪局 1992 年制定的我國第一部“ GPS測量規范”將 GPS的測量精度分為 A-E 五等。其中 A、B 兩級一般為國家 GPS控制網的標準。我國的國家 GPS控制網就按

28、照這一 精度標準設計的，其中 A級網 29 個點、 B級網有數百個。本次觀測采用 D 級標準，主要技術標準見下表：表 1.6 GPS 主要技術要求- 14 -等級A(mm)b(ppm)最弱邊相對中誤差D級10101/45000注：當邊長小于 200m時，邊長中誤差小于 20mm。基線解算起算點坐標采用不少于 30 分鐘觀測時間的定位結果的平差值提供的 WGS 84 坐標。基線解算的數學模型為 8km內的基線，采用雙差固定解， 30km以內的基線， 可在雙差固定解和雙差浮點解算中選擇最優結果， 30km 以上的基線，可采用三差解作為 基線解算的最終結果，任何一條基線觀測數據剝除率應小于 15%。

29、同步時段中任一三邊同 步環坐標分量相對閉合差環全長相對合差的規定如下表 1.7 ：表 1.7 技術要求等級限差類型D級坐標分量相對閉合差6.0環線全長相對閉合差10.0野外數據檢核的同步環坐標分量相對閉合差均小于或等于 n/5 ，環線全長相對閉 合差小于或等于 3n/5 。或以上兩種閉合差 D級分別不大于 3ppm、5ppm，E 級分別不大 于 6ppm， 10ppm。異步環檢驗在整個 GPS網中選取一組完全的獨立基線構成閉合環，各獨 立環的坐標分量閉合差均符合下式計算規定的限差。異步環、坐標分量閉合差和前場閉合差應符合下式的規定：Wx2 n Wy2 n Wz2 n 全長閉合差均符合下式的計算

30、規定的限差 ：W2 3n 式中： n獨立閉合環的邊數相應級別規定的精度- 15 -222 w= Wx2 Wy2 Wz2重復基線的長度較差，不超過下式的規定：ds2 2 由于同步觀測是兩臺或兩臺以上的 GPS接收機同時對同一組衛星進行觀測， 同步解算 的基線其誤差具有一定的相關性， 其閉合差限差較嚴， 但在實際工作中經常會發現解算結 果不能滿足限差要求。 實際上同步觀測的基線其同步時間常會有所差異， 而導致基線結果 不能滿足要求，因此在實際觀測的同步環中，如果各同步環的同步觀測時間有較大差異， 這時對同步環閉合差應放寬要求。異步環閉合差的大小，是評價觀測成果質量的重要標準。如果Wx（或 Wy，W

31、z）超過限差規定，應及時分析原因，必要時對其中的部分結果進行重測。GPS測量數據處理主要包括基線解算和 GPS網平差。基線數據采用儀器自帶的軟件進 行數據處理求解。 基線解算采用消電離層的雙差浮點解或加電離層改正的雙差整點解， 其 主要技術參數如下：衛星介質高度角 15；電離層模型為 standard 模型；對流層模型為 Hopfield 或 Computed模型；星歷為廣播星歷；采用 L1 頻率GPS網的平差計算應用 GPS數據處理軟件包在 WGS-84坐標系下進行三維無約束平差， 以檢查本次 GPS網的內符合精度。同時，為將 WGS-84坐標系下的 GPS基線觀測值投影到 高斯平面上，并將換到國家 1954 北京坐標系中，進行三維約束平差。在檢查 GPS基線、 環閉合差符合要求后， 以所有點基線組成閉合圖形， 以三維基線向量及其相應方差協方差 陣作為觀測信息，以一個點的 WGS-84系三維坐標作為起算依據，進行 GPS網的無約束平 差。無約束基線邊長以及點位和邊長的長度信息。 在無約