PAGEPAGE40物探工程測量基礎知識簡介

河北省煤田地質局物測地質隊二○○四年九月目錄一、大地控制網建立的基本原理………11、大地水準面…………12、參考橢球面…………13、大地地理坐標和天文地理坐標………………34、大地原點………………………45、高斯平面直角坐標………………………46、高斯投影的分帶…………………………57、平均海水面的測定………………………68、水準原點………………………7二、大地控制網的布設原則……………………71、建立國家水平控制網的意義……………………72、水平控制網的布網原則……………83、水平控制網的布網方案………………………9⑴、一等三角鎖的布設方案……………9⑵、二等網的布設方案…………………10⑶、三、四等角網的布設方案………………………10⑷、小三角網的布設方案……………114、高程控制網的布設方案……………11三、我國一、二等大地網的歷史和現狀……………………12四、全球衛星定位系統(GPS)……………………141、GPS簡介………………………142、GPS應用領域非常廣泛…………163、我國GPS控制網的布網方案………………184、測量型GPS的發展方向VRS技術………20五、物探工程測量簡介…………………251、GPS在物探工程測量上的應用………………252、常規儀器建立勘探區控制網方法…………283、常規儀器測線放樣方法介紹…………………294、成果數據的檢查…………………………28六、地形圖簡介………………301地形圖的分幅…………………………302、地形圖的編號……………313、地形圖坐標注記一般知識………………………334、其它………………34物探工程測量基礎知識簡介一、大地控制網建立的基本原理要完成大地控制測量，首先就必須考予到與測量密切相關的三種地球表面。一是地球的自然表面，二是地球的物理表面——大地水準面，三是地球的數學表面——參考橢球面。大地控制測量工作是在地球的自然表面進行的，而野外測得的測量數據（長度、角度）是無法在地球的自然表面上進行數據處理的，這就需要選擇非常接近于地球形狀的、具有代表的、并且能確定其位置的表面，作為地球的基準面，以處理大地測量的成果。1、大地水準面地球上任何一個質點的重力，都是地心引力和地球自轉產生的離心力的合力。重力線方向就是鉛垂線的方向。在靜止的液體表面上，處處與鉛垂線方向正交。具有這種特性的液面，通常叫做水準面。通過不同高度的點，都可以有一個水準面，所以水準面有無數個，其中一個與平均海洋面重合的水準面，我們就稱它為大地水準面。將它延展到大陸內部，就成為一個閉合的曲面，由它包圍的形體就是地球的真實形體，稱為大地體。2、參考橢球面大地水準面的形狀，決定于重力，而地殼的物質分布是不規則的，所以各地的重力分布也不規則，因此大地水準面是個不規則的表面，如圖1-2所示。這個表面是無法用簡單的數學公式來表示的，大地測量的成果也就不可能在這個面上進行數據處理。在實際的大地測量工作中，是選擇一個和大地體非常接近的旋轉橢球來表示地球的形狀和大小的，通常又叫做參考橢球。圖1-2與大地體符合得最好的旋轉橢球，稱為總地球橢球，它必須滿足下列三個條件：一是總地球橢球的中心與地球的重心重合，兩者的赤道面相合；二是地球橢球的體積與大地體的體積相等，三是地球橢球面與大地水準面之間的高差的平方和應為最小。從理論上說，只有在整個地球表面上進行互相聯成一個整體內的天文、大地測量，并在整個地球表面上進行了重力測量，才能確定總地球橢球，但是這項工作是難以實現的?，F在雖然有全球衛星定位系統，可以在較短的時間內實現全球范圍內的位置的確定，但要實現全球范圍內的重力精確測量仍然是不容易。目前有些國家和地區，為了大地測量工作的實際需要，只有根據局部的天文、大地測量和重力測量的資料，研究局部的大地水準面的情況，確定一個與總地球橢球較為近似的橢球，以表示地球的形狀和大小，作為處理大地測量成果的依據。這個地球橢球就是參考橢球。參考橢球的形狀和大小，是由它的長、短半徑和扁率來確定的。參考橢球的長軸a和短軸b，是確定參考橢球形狀和大小的基本元素。通常也可以用長軸和扁率α作為參考橢球的基本元素。扁率α=(a-b)/a。我國在解放初期，因為解放前大地測量資料十分貧乏，還不可能推算出適合我國情況的參考橢球元素。在當時的情況下，廢棄了解放前采用過的美國海福特元素，而過渡性地暫時采用了蘇聯克拉索夫斯基元素，其具體數值為：長軸a：6378245米，扁率α=1：298.3。這就是北京54坐標系統參考橢球的參數。3、大地地理坐標和天文地理坐標表示點在球面上位置的坐標系統稱為地理坐標。地理坐標又按坐標所依據的基本的線和面的不同以及求得坐標的方法的不同，而分為大地地理坐標和天文地理坐標兩種。大地地理坐標是表示地面點P在參考橢球面上的位置的，由大地經度L和大地緯度B表示。在圖1-3中，P點是相應的地面點按法線(與參考橢球面垂直的線)方向投影到參考橢球面上的。其大地經度L，就是包含P的子午面與起始子午面所夾的二面角，由起始子午面向東從0°到180°稱東經，向西的稱西經。大地緯度B，是過P點的法線與赤道面的交角，由赤道向北從0°到90°稱北緯，向南稱南緯。由P點向參考橢球面另一點Q所做的法面（垂直于橢球面的平面）與過P的子午面所夾的二面角，稱為P到Q的大地方位角。圖1-3天文地理坐標由天文經度λ和天文緯度φ表示，其地面點位是按鉛垂線方向投影到大地水準面上的。天文經度和天文緯度是用天文測量的方法測得的。一個點上大地坐標和天文坐標的差異，與這個點上的垂線偏差有關。根據實測和理論研究的結果，可知垂線偏差一般在3″一4″左右。4、大地原點各點的大地坐標，都是由一個大地原點開始；而后采用三角測量和導線測量的方法，逐步推算而得的。所以大地原點就是一個國家大地控制網的起算點。確定大地原點的工作通常稱為參考橢球的定向(或定位)。定位的一般方法是：在大地控制網的主干三角網中，選擇一個三角點作為控制網的起始點(大地原點)。在起始點上精確測定天文經緯度，方位角，并假定它們就是橢球面上的大地坐標。由此可知參考橢球定位工作，包括以下幾個方面⑴．采用可靠的適合自己國家情況的參考橢球元素；⑵．在主干三角網中，選擇一個三角點作為大地原點，精密測定它的天文經緯度和某方向的天文方位角；⑶．直接采取大地原點的天文經緯度和方位角，作為這個點在參考橢球面上的大地坐標值；⑷．確定平均海水面的位置，也就是確定大地水準面的位置；并且依據大地水準面，用水準測量的方法，確定大地原點的海拔高程。5、高斯平面直角坐標進行地形測量和工程測量，都是把地面當作平面，控制點的平面位置，都是用平面直角坐標來表示，而不能采用地理坐標，因此必須將地理坐標化算為平面直角坐標。將參考橢球面上點的大地坐標(大地經緯度)化算為平面直角坐標的問題，也就是將球面展成為平面，通常稱為地圖投影。地圖投影的方法很多，目前采用的是高斯正形投影，從幾何概念上說，又稱為等角橫切圓柱投影。所以現在采用的平面直角坐標系，又稱為高斯直角坐標系。6、高斯投影的分帶高斯投影的分帶，有六度帶和三度帶，在平面坐標系統中，長度比m=1+Y2/2R2隨著至中央子午線距離的增加而迅速增大。長度比的增大，導致線段長度變形的增大，這對于測量工作來說，是十分不利的。為了限制長度變形，就需要把投影區域限定在中央子午線兩旁的一定范圍內。為此，通常按經度每隔6°用子午線把橢球面分成若干長條形的投影帶，每一個投影帶獨立投影到平面上，形成彼此獨立的坐標系統。位于投影帶中央的子午線就叫中央子午線，中央子午線和赤道的投影線分別是縱坐標軸和橫坐標軸。用于分帶的子午線就叫分帶子午線或邊界子午線，如圖1—14所示。第1帶的西部邊界子午線是格林尼治0°子午線，由0°子午線起每隔經差6°自西向東分依次編號1、2、3、……，其帶號N和中央子午線經度上Ln的關系用下式表示為：Ln=6°N—3°對于6°投影帶邊緣地區，長度變形仍然很大。為了進一步限制長度變形，可以采用3°投影分帶。此時，6°帶的中央子午線和分帶子午線，均是3°帶的中央子午線。第1個3°帶和第1個6°帶的中央子午線重合，所以3°帶的帶號N和中央子午線經度Ln的關系用式子表示即Ln=3°n。6°帶與3°帶的相互位置，如圖1-6所示。圖1-6橫坐標Y的絕對值自中央子午線向兩邊增加，中央子午線以東為正，以西為負。在實際工作中，為了避免Y坐標出現負值，規定將Y值加上500000m(500km)。同時，為了區別各帶坐標的不同，又規定在Y值前面冠以帶號。至于縱坐標X值，無論在那一帶都是由赤道起算的自然值。如東龐礦的中央子午線為114度，為三度帶坐標，帶號為38，該礦職工醫院中的某點坐標為x=4121766.6；y=542033.9。帶號38僅作表記，不參加計算和應用。7、平均海水面的測定作為高程起算基準面的大地水準面，是以某處的平均海水面為依據的，平均海水面是通過驗潮工作來測定的。所謂驗潮工作，就是在一深水港內，選一不易受風浪影響的地方設驗潮站，利用垂直樹立的標尺，長期觀測水位的升降·根據多年觀測的資料，以求出海水面的平均位置，這個海水面就稱為平均海水面。我國海岸線長，驗潮站不只一處，各驗潮站所測的海水面位置不會一致，因此只能采用一個驗潮站所測的海水面的位置作為全國高程的起算基準面，其它驗潮站測得的可作參考。我國國家大地點的高程，是以1956年由青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準進行推算的。8、水準原點為了確定平均海水面的具體位置，須在沿海港灣，利用驗潮的方法，連續測定該地區海水面的位置；年積月累，最后取其平均值，即得該地區的平均海水面。我國是以青島1950—1056年，期間進行的驗潮結果求得平均海水面，即1956年黃海平均海水面，作為高程起算基準面，根據這個高程基準面計算的各點高程，統稱為1956年黃海高程系高程。為了明顯而穩固地表示高程起算面的位置，必須建立一個與平均海水面相聯系的水準點，以作為推算國家高程控制網高程的起算點，這個水準點叫做水準原點。如圖下圖。我國的水準原點設在青島附近。由一個原點和五個附點構成一個水準原點網。用精密水準測量把它們與驗潮站的水位標尺進行聯測后求得原點高出黃海平均海水面的高程為72.289m。二、大地控制網的布設原則1、建立國家水平控制網的意義建立全國性的統一的精度高密度均勻的控制網，對于測繪各種比例尺的地形圖、進行某些工程建設和科學研究都有重大的意義。建立全國性的大地控制網，有一個統一的坐標系統，地形測量就可以在這個基礎上分區分批地進行，測制的地形圖可以互相拼接成一個整體，不致重復遺漏和分裂。全國性大地網的精度是均勻一致的，在此基礎上進行的地形測量精度也必然一致，并可把測量誤差限制在一定范圍內，而不致積累。2、水平控制網的布網原則⑴、由高級到低級逐級加密我國領土遼闊，自然條件復雜，此外根據地區條件、建設規模和特點，以及國防的需要等因素，要測制各種比例尺地形圖，因此對水平控制點的密度和精度，就有不同的要求，如果用同一的精度在全國一次布設能滿足各種比例尺測圖需要的控制網，在像我國這樣領土遼闊的國家，是有很大困難的，也不能滿足經濟和國防建設對地形圖的急需，所以就采取了由大到小逐級加密的原則。⑵、要有足夠的精度國家水平控制網的精度，應根據測圖的要求而定，當然也要考慮某些工程測量的需要。如要滿足施測1:2000地形圖的要求，就要求控制點的點位相對中誤差小于測圖比例尺的精度。所謂比例尺精度就是相應圖上為土0.1毫米的實地長。測制1:2000地形圖時，控制點的點位中誤差應不大于±0.2米，從表1—4中，可以看出我國的水平控制網的精度是相當高的。⑶、要有足夠的密度測繪不同比例尺的地形圖，對三角點的密度有不同的要求，1:25000測圖每50平方公里一個點；1:10000測圖每50平方公里一個點；1:5000測圖每20平方公里一個點；1:2000測圖每6平方公里一個點。根據三角點的密度，可得出不同比例尺測圖的三角點間的距離如下：1:25000測圖S=8公里1:10000測圖S=8公里1:5000測圖S=5公里1:2000測圖S=2.5公里以上對控制點的精度和密度的要求，就是制訂水平控制網布設方案的依據。在施測1:10000和1:25000比例尺地形圖時，控制網要布設三等的，施測1:5000或更大比例尺地形圖時，控制網要布設四等網。⑷、要有統一的規格建立國家統一的大地控制網，可以由各專門測量機構或其它部門的測量機構分頭進行，因此必須要有統一的作業規范，才能使所測成果資料規格統一以便互相利用；避免重復浪費，并能加速建立控制網的進程。建國以后，我國有關韻測繪機構頒發了國家三角測量和精密導線測量規范(以后簡稱《三角規范》)。該規范中關于國家控制網布設規格和推算元素精度列入表1-3，表1-4中。3、水平控制網的布網方案⑴、一等三角鎖的布設方案一等三角鎖是國家水平控制網的骨干，具有很高的精度。它大體上沿著經緯線的方向，布成縱橫交叉的鎖系如圖2-3-1。鎖系交叉點間的一段叫作鎖段，鎖段長約200公里。三角鎖可以由單三角形組成，也可以由中點多邊形，大地四邊形幾種混合的圖形組成。在鎖的交叉處，要精密地測定起始邊，在起始邊的兩端點上，精密地測定天文經緯度和天文方位角并在鎖段中央的一個三角點上測定天文經緯度，以這些精確的邊長和方位角來控制鎖段中邊長、角度誤差的積累。⑵、二等網的布設方案二等三角網是測制各種比例尺地形圖的基本控制，是三，四等三角點加密的基礎，因此必須具有較高的精度和密度。二等三角網是在一等鎖段圍成的空隙內布成全面三角網，如圖2-3-2，二等網和一等鎖連接時應有良好的圖形，在二等網中間適宜的地方，要測定起始邊，并測定天文經緯度和方位角，以控制邊長、方位角的誤差積累。圖2-3-1圖2-3-2⑶、三、四等角網的布設方案三、四等三角網，是在二等全面網的基礎上進一步加密的控制網。在二等網的基礎上加密三等網，和在三等網的基礎上加密四等網，基本上采用插網法。如圖2-3-3。三等網的密度可以滿足1:10000比例尺測圖的需要，四等點的密度可以滿足1:5000比例尺測圖需要。三、四等網的精度還可以滿足測制1:2000比例尺地形圖的需要，不過點的密度耍適當加大。圖2-3-3⑷、小三角網的布設方案測量大比例尺地形圖時，若三，四等網的密度仍不能滿足接加密圖根點的需要時，可以在三、四等網的基礎上加密一種三角網，邊長約為一公里左右，測角中誤差為±5″的小三角網或5″導線網。有些面積在50平方公里以內的小測區，國家水平控制點密度不足或受到破壞，也可以布設5’小三角網或導線網作為測區的首級控制。4、高程控制網的布設方案國家高程控制網就是用水準測量的方法建立的國家水準網。建立國家水準網，不僅要有統一的起算基準面，并且要有統一的規格和布網方案。對于水準點的精度和密度也根據實際情況提出相應的要求。我國國家水準網也是采用分級布設逐級加密的原則，分為一、二、三，四等，各級精度規定如下表：一等水準網是構成國家高程控制網的骨干，同時也是研究地殼和地面垂直運動等的主要依據資料。因此一等水準路線應沿地質構造穩定，交通不太繁忙，路面坡度平緩的交通線布設，并構成網狀。一等環線的周長，在平原丘陵地區應在1000—1500公里之間，在山區和高山區，由于施測困難，周長可適當放寬。二等水準網是國家高程控制的全面基礎。在一等水準環內布設二等網，應盡量沿著公路、鐵路及河流布設，以保證較好的觀測條件。二等網環線的周長，在平原和丘陵地區，應在500—750公里之間，高山區和困難地區可適當放寬。二等附合水準路線最長允許到450公里。三，四等水準網是地形測量和各種工程建設所需高程的基礎。三等水準路線，可根據需要在高級水準網內加密，布設附合路線，并盡可能交叉地構成閉合環，單獨的附合路線的長度不應超過200公里，環線周長應不超過300公里。四等水準，一般以附合路線的形式布設于高等水準點之間，附合路線的長度不應超過80公里。三、我國一、二等大地網的歷史和現狀在舊中國，我國的大地測量只作了一些零星工作，坐標系統紊亂，精度很低。所以我國天文大地網的布設實際上是從新中國成立后才開始的。解放以來，我國測繪工作者按統一的大地測量法式的要求；在全國范圍內沿經緯線方向布設了一等三角鎖。全國一等三角鎖總長度近八萬公里，構成一百二十多個鎖環，近四百個鎖段，包括近5000個一等三角點。此外，還有十多個閉合的一等導線環，導線全長一萬多公里。一等三角鎖的測角中誤差，按菲列羅公式計算為0.55″(平均值)。基線擴大邊起始方位角閉合差平均值為±1.00″左右；緯度中誤差為±0.20″左右，經度中誤差為、±0.01一±0.02s之間，起算邊長的相對中誤差一般小于1／35萬。目前，全國的二等三角網可分為兩種情況。1958年以前是每一個一等鎖環內布設兩個十字交叉的二等基本鎖，把一等鎖環分成四個部分，然后再在這四個部分內布設二等補充網，其測角中誤差為±1.8″左右。1958年以后，為了提高天文大地網的精度，改成在一等鎖環內布設二等連續三角網，在網中加測必要的起始邊長和方位角，測角中誤差小于±1.0″。全國一、二、三等三角點共約五萬多個。五十年代末基本上完成了三角測量部分。六十年代初期在青藏高原施測了一等電磁波測距導線，其轉折角的測角中誤差為±1.0″左右。邊長精度分別為1／50萬(光電測距邊)和1／20萬(微波測距邊)。從六十年代至七十年代中期，我國對天文大地網講行了修測和改造。對于鎖段邊長條件閉合差和方位角條件閉合差超限者，均進行了重測。對于鎖段過長者，又在鎖段中央加測了起始邊和拉普拉斯方位角。這樣，經過二十余年的努力，在我國幅員遼闊的土地上，已經形成了一個以三角網和導線網混合組成的高精度的平面坐標控制體系。四、全球衛星定位系統(GPS)1、GPS簡介全球衛星定位系統就是利用衛星電文對地球上任意目標進行定位和導航的定位系統，目前除了美國的全球衛星定位系統之外，還有俄羅斯的GLONASS衛星定位系統和中國的北斗星導航定位系統。歐盟正在計劃建設伽利略系統，它的空間部分將由30顆衛星組成。1973年12月，美國國防部正式批準陸海空三軍共同研制導航全球定位系統（GPS）。1994年進入完全運行狀態；整套GPS定位系統由三個部分組成的，即由GPS衛星組成的空中部分、由若干地面站組成的地面監控系統、以接收機為主體的用戶設備。三者有各自獨立的功能和作用，但又是有機地配合而缺一不可的整體系統。GPS的空間部分由24顆GPS工作衛星所組成，這些GPS工作衛星共同組成了GPS衛星星座，其中21顆為用于導航的衛星，3顆為活動備用衛星。這24顆衛星分布在6個傾角為55°,高度約為20200公里的高空軌道上繞地球運行。衛星的運行周期約為12恒星時。完整的工作衛星星座保證在全球各地可以隨時觀測到4-8顆高度角為15°以上的衛星,若高度角在5°則可達到12顆衛星。每顆GPS工作衛星都發出用于導航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進行工作。GPS衛星GPS控制站衛星運行圖定位示意圖GPS的控制部分由分布在全球的若干個跟蹤站所組成的監控系統構成，根據其作用不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監控站和注入站。主控站擁有大型電子計算機，用作為主體的數據采集、計算、傳輸、診斷、編輯等工作，它完成采集數據功能；編輯導航電文（衛星星歷、時鐘改正數、狀態數據及大氣改正數）并送入注入站功能；診斷地面支撐系統的協調工作、診斷衛星健康狀況并向用戶指示功能和調整衛星誤差。監測站的主要任務是對每顆衛星進行觀測，并向主控站提供觀測數據。每個監控站配有GPS接收機，對每顆衛星長年連續不斷地進行觀測，每6秒進行一次偽距測量和積分多普勒觀測，采集氣象要素等數據。監測站是一種無人值守的數據采集中心，受主控站的控制，定時將觀測數據送往主控站。主控站將編輯的衛星電文傳送到位于三大洋的三個注入站，定時將這些信息注入各個衛星，然后由GPS衛星發送給廣大用戶。用戶部分主要是各種接收機。中國的北斗系統空間部分是由兩顆工作星和1顆備用星組成，其定位原理與全球衛星定位系統有所不同。北斗系統能覆蓋整個中國及周邊地區，不僅投資少，而且擁有通信功能，全球衛星定位系統則沒有，更重要的是北斗系統是我國自主的衛星導航系統。把國防應用建立在別國的衛星導航系統上是不可靠的。2、GPS應用領域非常廣泛衛星導航的應用領域非常廣泛，有人形容它的應用只受到人的想象力的限制，事實上凡是涉及到位置、速度、時間信息的都與衛星導航技術息息相關。衛星導航系統最初是用于軍事領域，美國和俄羅斯都是如此，如用于核潛艇遠洋定位、導彈導航等。第一次海灣戰爭，美國用全球衛星定位系統解決了在沙漠中定位的問題，而在這次伊拉克戰爭中，美國98％的武器都用了全球衛星定位系統。自從1995年全球衛星定位系統向民用開放后，迅速應用到各個領域，其應用大大超出了當初人們的想象。我國是1986年在石油物探領域最早引進全球衛星定位系統接收機的，那時在新疆塔克拉瑪干大沙漠石油勘探中需要定位，而常規的測量方法不行，因為流沙能把測量標志埋掉。全球衛星定位系統給大地測繪帶來了一場革命。我國測繪部門把全球衛星定位系統用于數字中國建設，僅在交通方面2001年把33．6萬公里的國道和省道定位問題全部解決。2002年開始，又做省道修測和市道、縣道的測定工作。另一個是我國有92萬座測量標志，如三角架、地下標尺等等，經過風吹雨打很多都破壞了，怎么保護?最后確定有4萬座作為國家重點保護，而其中具有衛星定位的有2500多個點?？梢娦l星定位在測繪中的重要作用。國民經濟各個領域都要用到衛星導航定位。通信行業用衛星導航定位技術做時間同步；電力、有線電視、城市地下管道采用衛星定位技術布設線路；公安、銀行、醫療、消防等用它營建緊急救援或報警系統；汽車、船舶用衛星定位技術導航；在電子商務領域，衛星定位技術被用于客戶管理和物流配送。數字農業、抗震救災、天氣預報等都要用到衛星導航定位技術。如在雅安利用衛星定位進行滑坡變形監測，在當地安裝了許多傳感器，這些傳感器的數據通過北斗衛星導航系統自動傳到監測中心，設在北京的監測中心就能對當地的情況了如指掌。甚至我們用衛星導航技術做大樓、大橋在風中搖擺的監測。1998年洪水，長江第七次洪峰就要到來，在清江和長江匯合的地方，清江上游壩能不能控制住，需不需要泄洪，誰也不敢說，這涉及到55萬居民的生命財產安全，怎么辦?這時候用衛星定位技術在清江大壩上建了5個定位點，如果大壩位移超過30毫米就必須泄洪。當時測出位移幾毫米、十幾毫米、二十幾毫米……可以不泄洪，長江第七次洪峰順利通過?，F在有的手機上已經安了全球衛星定位系統芯片，衛星導航定位與普通百姓的關系越來越密切。電腦制造商、通訊設備商正在推動通信、電腦、衛星導航定位接收器一體化的各類移動信息終端，衛星導航定位進入消費領域將是一個非常大的市場。還有現在私家車越來越多，你駕車到一個地方旅游，盡管你對那兒的道路一點不熟悉，只要有車載導航系統，就會在電子地圖上標出該走哪條路。全球衛星定位系統的應用涉及到我們千家萬戶，比如今后可以給老人、孩子、甚至寵物配一個終端，以防走失。車輛裝了衛星定位系統后，當遇到匪徒時用它報警。3、我國GPS控制網的布網方案目前我國的等級大地控制網基本上均采用GPS控制網進行布設，對于各等級GPS控制網的作業要求也有相應的規范規定，每級GPS控制網的布設規格如下表：GPS網的點與點間不要求通視，但需注意利用常規測量方法加密時的應用。可能條件下，新布設的GPS網應與附近已有的GPS點進行聯測。布設GPS網時，應與附近的地面控制網點聯測，聯測點的總數不得少于三個，在特殊情況下方可例外。GPS網中的點，除所利用舊點已有水準聯測高程外，應根據需要適當進行高程聯測。A級網應逐點聯測高程，B級網至少每隔2～3點，C級網每隔3—6點聯測一個高程點，D級與E級網可依具體情況確定聯測高程的點數。A級網與B級網的高程聯測分別采用三等和四等水準測量或與其精度相當的方法進行。C級至E級網可采用等外水準測量或與其精度相當的方法進行。從上述規范規定來看，GPS控制網的布點密度可根據需要可密可疏，AB級控制網的平均邊長均比常規大地控制一二等網的平均邊長要長的多。但在工程測量中應用最多的三四等級控制網則和DE級GPS控制網的規格相對應。由于GPS控制網布設方便快捷，國家僅在全國布設完成了A級控制網，B級控制網由各省安排，其它等級的控制網由各部門各行業根據需要進行布設。一般煤田地質勘探區相對范圍較小，加密布設的首級基礎控制網大部分都是E級GPS控制網。4、測量型GPS的發展方向VRS技術VRS(virtualreferencestation)的意思是虛擬參考站，它所代表的是GPS的網絡RTK技術。它的出現使得測量員一進入測區的任何一點就能立即開始GPS高精度實時動態RTK測量，使的一個地區的所有測繪工作成為一個有機的整體，結束以前GPS作業單打獨斗的局面。同時，它將大大擴展RTK的作業范圍，使GPS的應用更廣泛，精度和可靠性將進一步提高，使從前許多GPS無法完成的任務成為可能。這種全新的RTK定位方法從根本上提高了作業效率和測量的質量。它不再要求建立參考站，從而可以節省時間，也節約了投資。在VRS網內，等于已經建立了公用的控制點，消除了不精確的控制點所產生的誤差傳播。其工作原理：固定參考站的CPS觀測衛星數據通過通訊鏈不停地被傳送到VRS中央服務器，對每臺站的數據進行質量檢測，去除大的粗差并修正周跳。完成對數據完善性檢測，中央服務器會通過分析雙差觀測量來計算電離層誤差，對流層誤差和星歷誤差。這些誤差對網內任一流動站的影響也被模型化，因此常規RTK定位的系統誤差能被明顯地剔除。網絡內流動用戶為得到虛擬參考站，必須向中央服務器提供自身的近似位置，可以通過蜂窩通訊采用標準的NMEAGGA數據串來完成。中央服務器自動接收該近似定位信息后，根據用戶位置，由計算機自動選擇最佳的一組固定基準站，根據這些站發來的信息，整體的改正GPS的軌道誤差，電離層，對流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號發給移動站。這個差分信號的效果相當于在移動站旁邊，生成一個虛擬的參考基站，從而解決了RTK作業距離上的限制問題，并保證了用戶的精度。VRS使測量員到達測區任一測點上，只需幾秒鐘，就能獲得RTK的測量結果，而且精度一直保持在厘米級。此外，更為重要的一點是，VRS系統是“容錯”的。即如果某個參考站有誤差，中央處理器會自動把它從網絡中去除，并用其它站的數據進行補償，從而確保精度和效率的可靠性。這些測量結果比標準的RTK更為可靠。VRS系統由控制中心，固定參考站和用戶部分三部分組成：1．控制中心整個系統的核心。它即是通訊控制中心，也是數據處理中心。它通過通訊線(光纜、ISDN、電話線)與所有的固定參考站通訊；通過無線網絡(GSM、CDMA、GPRS．)與移動用戶通訊。由計算機實時系統控制整個系統的運行。2．固定參考站固定參考站是固定的GPS接收系統，分布在整個網絡中，一個VRS網絡的參考站數不限，但最少要3個站，站與站之間的距離可達70公里，(傳統高精度GPS網絡，站間距離不過10—20公里)。固定站與控制中心之間有通訊線相連，數據實時的傳送到控制中心。3．用戶部分用戶部分就是用戶的接收機，加上無線通訊的調制解調器。根據自己的不同需求，放置在不同的載體上，如：汽車、飛機、農業機器、挖掘機等等，當然測量用戶也可以把它背在肩上。接收機通過無線網絡將自己初始位置發給控制中心，并接收中心的差分信號，生成厘米級的位置信息。河北省永久性GPS參考(網)站分三個階段進行布設，第一個階段主要在省中南部地區布設15個參考站，參考站之間平均邊長70公里，并完成和北京、天津網的并網調試工作。該階段涉及到的城市有石家莊、保定、邢臺、邯鄲、衡水、滄州、廊坊等七座城市，覆蓋面積約為10萬平方公里，詳見圖中1—15號點。第二階段主要在省東部地區唐山、秦皇島兩城市布設6個參考站，參考站之間平均邊長約70公里，覆蓋面積約2．5萬平方公里，詳見圖中16～21號點。第三階段主要分布在承德、張家口兩市，該地區屬山地和高原地區，生長著茂密的森林和廣沃的草原，在該區域布設8個參考站，平均邊長在150公里左右，覆蓋面積約6萬平方公里，詳見圖中22～28號點。全網共有28個固定參考站組成，其中1、10、18、24、27號等五個點為建立在基巖上的參考站(10號點原為國家一等水準基巖點)，這五個參考站之間構成了河北省框架網，用于監測河北省域地殼形變和各主要城市的地面沉降。1、3、6、7、9、12、15、18、20、22、24號點分別位于河北省11個省轄市中心。該網的數據處理中心設在河北省基礎地理信息中心，地點位于石家莊，省測繪局辦公大樓內。從圖中可以看出：該網輻射范圍已經覆蓋了河北省全域，該網的西部和北部地區為山區和高原區，該區域任何一點至附近參考站最遠距離不超過50公里，滿足了基本比例尺1：5000、1：10000地形圖的更新的需要；網內由于參考站之間的平均距離為70公里(第一、二期)、150公里(第三期)。所以網內任何一點至附近參考站的距離控制在30至70公里之間，并且和北京、天津兩地進行并網，構成了統一的網絡，滿足了城市規劃、市政建設的需要，以及交通、旅游、氣象、環保等有關部門導航定位的需要。PRSNHEB網站的建立為在京津冀大部分區域內實現厘米級、邊緣及山區實現分米級定位精度成為可能，為廣大的測繪行業的GPS用戶拓寬了GPS的應用領域，降低了生產成本，提高了工作效率，同時為公路、鐵路等交通運輸、城市規劃、市政建設、氣象環保、精細農業以及所有在室外進行的勘查工作提供高效、準確的導航定位服務。PRSNHEB網站的建立使得我們測量人員的工作變得愈來愈簡單、愈來愈容易。只需配備一臺價格比較低廉的GPS單頻接收機，就可以進行測量工作，觀測的數據并不需要你自己在計算機上親自處理，你只需要在網上把你的數據上傳到數據處理中心，由中心進行數據后處理，由于中心具有施工區域附近所有參考站的精確數據，平差計算精度得到了很大的提高。所以GPS用戶根本不用配備GPS平差軟件，這樣減輕了工作負擔，降低了投資壓力，提高了工作效率和成果精度。五、物探工程測量簡介根據《煤炭資源勘探工程測量規程》規定地震勘探工程測量精度為：跑點間距及相鄰道距最大誤差不應大于3%；排列長度最大誤差不應大于5‰；跑點檢波點相對于附近勘探控制點平面位置中誤差不大于5m；高程中誤差不大于0.5m。電法勘探工程測量精度為：基線端點相對于附近勘探控制點圖上平面位置中誤差不大于0.2mm；測線端點相對于附近勘探控制點圖上平面位置中誤差不大于0.4mm；電法坐標點相對于附近勘探控制點圖上平面位置中誤差不大于1.0mm。各類鉆孔定位精度為相對于附近勘探控制點平面位置中誤差不大于1.0m。各類勘探工程測量在使用1米等高距地形圖施工時，其高程均可以在圖上量取。1、GPS在物探工程測量上的應用我國是1986年在石油物探領域最早引進全球衛星定位系統接收機的，應用在新疆塔克拉瑪干大沙漠石油勘探中的測量定位，煤田地質行業在1990年由地質總局統一引進一批GPS接收機，分配給西安煤航和個別省物測隊使用。本隊于1997年購進一套美國天寶靜態4600LSGPS接收機，該型號GPS為第三四代產品，在技術上已經成熟，比較輕便，使用簡便。由規范規定可看出本單位的該型號GPS儀器僅能進行DE級GPS控制網的作業，不過從物探工程測量的實際需要來看，基本上能夠滿足目前工作需要。在實際應用中，因是靜態儀器，在外業只能做控制點觀測，且只能通過內業事后數據處理得到三維坐標成果。在觀測時間上也較長，每個同步觀測環的觀測時間大概需要30—45分鐘，對于觀測環境不太好的點位還要延長觀測時間。該儀器觀測邊長最長能達到30公里，但觀測點位環境有所限制，不能在樹下、建筑物旁和高壓線下進行作業，同時也盡量避開大面積水域。由此可見該套儀器不能在水庫、河流和海面上作業，也不能在建筑屋密集區作業。盡管如此，初期GPS的應用還是給大地控制測量帶來了一場革命，它可以不用建造觀測覘標，節省了大量資金，同時也大大提高了工作效率，只要觀測環境允許，可以在工作區域內的任何地方加密控制點。只要支好儀器，輕輕一按電源，一切搞定。而且點位坐標的精度能達到厘米級甚至毫米級。在實際作業中，需要三臺儀器分別在三個控制點上同時觀測30—45分鐘，才能得到一個同步觀測三角形，多個同步觀測三角形組成一個勘探區控制網。在這個控制網中，至少有三個控制點是已知點，在平差計算時，將這三個已知控制點的坐標和高程作為起算約束數據，通過一系列復雜計算得到控制網中各未知點的三維坐標。如下所示兩圖分別為本單位所完成的葛泉礦區和邢東礦區的E級GPS控制網。由于靜態GPS不能得到實時坐標，因此不能用來做測線的放樣工作。如想直接使用GPS進行放樣，則需要動態GPS。本單位現有兩套動態GPS，限于資金，購買的為國產儀器，在儀器性能、穩定性和觀測距離上均遜于進口儀器，但在復雜區域定線測量上確實帶來了很大的便利。動態GPS在使用時分基準站和移動站，基準站設站于已知坐標點的點位上，它通過接收衛星信號而解算出定位坐標和高程，經與已知成果進行比較而得出一個改正數，同時通過基準站配備的無線電臺將改正數發送出去。因為天上的衛星是動態的，所以這個過程也是在不斷重復的，這個過程在基準站是每一秒鐘實現一次。在移動站也通過接收衛星信號而解算出待定位點的坐標和高程，同時通過無線電接收機接收基準站發出的無線電信號，加入改正數得到實時坐標和高程，顯示輸出到用戶。在放樣設計點位時，需要事先將設計點位坐標按照固定格式傳入GPS內存中，運行放樣程序使得GPS觀測的坐標與設計坐標實時進行比較，當差值達到一米臨界值時，儀器會發出“滴”聲通知，這時輕微挪動儀器，當差值小于0.1米時可認為設計點位已到達，即可挖坑設置樁號標志。2、常規儀器建立勘探區控制網方法采用常規儀器建立勘探區控制網最常用的方法為導線網，因為導線網布設方案野外作業工作量最少，也因為導線網布設快捷。在實際工作中，勘控點常常以單一附合導線布設，加之以重合點的坐標差進行精度檢查。其圖形結構如下圖所示：任一測站只需觀測一個角度和一條邊長即可。對于單一附合導線規范有一些精度指標限差為：導線長度在15Km以內，導線方位閉合差為30√n（n為導線的邊長數）；導線相對閉合差為1/4000。重合點的坐標差為2m。導線高程路線閉合差為0.8m。采用常規儀器建立勘探區控制網還有另外一種方法：既線型鎖。該圖形的特點是全部測角，利用角度推算所有未知點的坐標和高程。圖形結構如下圖。規范規定的線型鎖各項精度指標限差為：三角形個數為12個；三角形閉合差為45秒；方位閉合差為30√n（n為方位傳算角數）；坐標閉合差為10√（n/2）（n為三角形個數）。高程路線閉合差為0.8m。3、常規儀器測線放樣方法介紹通常情況下是將儀器設站于已經建立好的勘探控制點(如A1)上，以另一勘探控制點(如A2)為定向點，利用計算器計算出測站(A1)到勘探線一端某一樁號(如001005)的放樣角度和邊長，操作儀器按照計算出的角度和邊長在實地精確標定出001005樁號的具體位置。這一過程即是測線端點放樣。然后將儀器設站于001005樁號上，按照測線設計方位放樣出測線方向，以測繩丈量距離將測線上各設計樁號的位置放樣于實地，同時儀器測量各放樣點的高程數據。4、成果數據的檢查成果數據的檢查包括平面位置的檢查和高程的檢查，每條測線放樣完畢后，都要及時計算出坐標，并在設計圖上進行展點檢查，以確定測線放樣的準確性，如無誤方可允許物探施工，否則及時返工。在收工前應將所有測線坐標成果在設計圖中進行展點檢查。對于高程檢查比較煩瑣，目前是采取將所有測線的高程在CAD中形成剖面圖進行檢查。如有錯則要到現場進行檢查。所有成果均檢查無誤后，方可提交供物探內業數據處理使用。六、地形圖簡介1地形圖的分幅我國基本比例尺地形圖均以1:1000000地形圖為基礎，按規定的經差和緯差劃分圖幅。1:1000000地形圖的分幅采用國際1:1000000地圖分幅標準。每幅1:000000地形圖的范圍是經差6°、緯差4°；緯度60°一76°之間為經差12°、緯差4°：緯度76°一88°之間為經差24°、緯差4°(在我國范圍內沒有緯度60°以上的需要合幅的圖幅)。每幅l:l000000地形圖劃分為2行2列，共4幅1：500000地形圖，每幅1：500000地形圖的范圍是經差3°、緯差2°。每幅1:l000000地形圖劃分為4行4列，共16幅1；250000地形圖，每幅1：250000地形圖的范圍是經差l°30′、緯差1°。每幅1：1000000地形圖劃分為12行12列，共144幅1：100000地形圖，每幅1：100000地形圖的范圍是經差30′、緯差20′。每幅1：l000000地形圖劃分為24行24列，共576幅1：50000地形圖，每幅1：50000地形圖的范圍是經差15′、緯差10′。每幅l：1000000地形圖劃分為48行48列，共2304幅1：25000地形圖，每幅1：25000地形圖的范圍是經差7′30"、緯差5′。每幅1：l000000地形圖劃分為96行96列，共9216幅1；10000地形圖，每幅l：10000地形圖的范圍是經差3′45"、緯差2′30"。每幅1：1000000地形圖劃分為192行192列，共36864幅l；5000地形圖，每幅1：5000地形圖的范圍是經差1′52.5"、緯差1′15"。2、地形圖的編號1:1000000地形圖的編號采用國際1:1000000地圖編號標準。從赤道起算，每緯差4°為一行，至南北緯88°各分為22行，依次用大寫字母A、B、C……V表示其相應行號；從180°經線起算，自西向東每經差6"為一列，全球分為60列，依次用數字1、2、3……60表示其相應列號，由經線和緯線所圍成的每一個梯形方格為一幅1:1000000地形圖，它們的編號由該圖所在的行號和列號組合而成，如北京所在的1:1000000地形圖的圖號為J50。我國地處東半球赤