铀矿地形图GPS水准测量的应用

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  [摘要]本文结合陈家庄铀矿区的测量案例,阐述测量过程中平面和高程测量中控制应用,分析测量误差来源及处理方法。
  [关键词]陈家庄铀矿区 高程测量 GPS水准测量
  [中图分类号] P21 [ [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-12-94-2
  0前言
  常用的高程测量方法有三种,即水准测量(几何水准测量)、三角高程测量和GPS水准测量。GPS水准测量经过近十多年来,测绘界的应用实践,测量方法和测量精度不断提高,并被广泛应用于E级的GPS网中的平面的高程控制测量。下面对GPS水准测量做一些研究和探讨。
  1工程概况
  陈家庄铀矿测区坐标范围:东经 111°27′39″~111°28′59″,北纬33°43′26″~33°44′41″。测区位于丹凤县城东北方向约25公里处,地理名称陈家庄。自丹凤县经双槽乡可到陈家庄,交通较为便利。陈家庄地区山高坡陡,树多、藤茂。夏天雨多凉爽,冬天雪大寒冷。最高山头海拔1600多米,比高在300米左右,大部分倾角在30°左右。本次测量内容有:油葫芦沟1:500地形图测量;陈家沟1:1000地形图测量;E级GPS平面控制测量;E级GPS三角拟合高程控制测量。陈家庄铀矿控制采用了1954北京坐标系、1956年黄海高程系,中央子午线111度,3°带投影。
  2控制测量
  2.1平面控制
  (1)测区首级平面控制网采用E级GPS控制网布设,点位主要分布在油葫芦沟及陈家沟两侧山梁上,构网形式采用边连式,点位标石现场浇注,并保证GPS点至少两两通视。分布在贯通隧道进出口的控制点三点通视,以满足施工需要。
  (2)本次GPS控制点编号采用GPS加序号的方法,如:GP01、GP02等。观测使用四台南方GPS接收机,采用静态定位模式进行同步观测,观测过程中,严格按照《规范》要求:①PDOP:≦6;②卫星截止高度角:≧15°;③同时有效观测卫星数≧4颗;④重复设站率:≧1.6;⑤观测时段长度(min):≧40分钟;⑥数据采集间隔:5″;⑦天线基座应严格对中置平;天线高测前、测后各量取一次,较差应≤3mm取中数使用;⑧仪器对中误差小于2毫米,天线基座上的气泡居中。
  (3)数据处理采用随机携带软件在计算机上进行,每天观测数据在观测后的当天计算完毕,计算时仔细分析数据,选择质量高的数据参加计算。
  (4)点位选在视野开阔,无障碍物、无大功率发射源和高压线、无强烈反射卫星信号物件的位置上。并选择了卫星信号质量好的时段进行观测,当各项质量检验符合要求时,以所有独立基线组成闭合图形,以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息,以控制点生姜沟脑Ⅳ、一级导线点121作为起算依据,进行GPS网的无约束平差:
  网平均边长:1205.7m,限差=5.0km-10.0km。网最小边长:126.9m,限差=2.0km。网最大边长:6902.2m,限差=15.0km。②三维自由(约束)网平差。单位权中误差:0.059902(米)。③二维约束平差。单位权中误差:0.001154(米)。
  2.2高程控制
  本测区的高程控制测量由于控制范围较小,高差较大,根据工程需要,采用GPS网拟和高程平差,起算点为Ⅳ等生姜沟脑三角高程、一级导线点121三角高程。高程系统为1956黄海高程系。
  3地形图测绘
  3.1测图比例尺
  油葫芦沟地形测量1:500;陈家沟地形测量1:1000。
  3.2地形图分幅
  1:500油葫芦沟地形图分幅,采用50cm×50cm正方形图幅,自由分幅,图幅编号为“2-1”和“2-2”。1:1000陈家沟地形图分幅,采用50cm×50cm正方形图幅,整分幅。图幅编号因图幅较少,故采用流水编号,既由北向南,自西向东“Z”字形水续排列,并由“6-1”开始,“6”代表总图幅数;“1”代表第一幅图。
  3.3地形图等高距
  1:500地形图等高距为1米,高程注记至厘米;1:1000地形图等高距为2米,高程注记至厘米。
  3.4数字化成图
  采用两台全站仪器:莱卡TCR-406和拓扑康GTS-332分两组测进行碎部测量,现场绘制草图、记录编号。当天的外业数据当天输入电脑,用南方CASS5.1地形地籍成图软件绘图,结合外业草图进行编绘成图。外业草图与内业编绘由各组完成。经检查修改后地形图表示的地物、地貌要素和地理名称注记;综合取舍原则,均符合《图式》、《规范》的要求。
  3.5提交资料
  (1)工作总结报告3份;(2)1:500地形图;1:1000地形图各3份;(3)控制点成果表及点之记3份;(4)GPS平差电子版3份;(5)坑道口成果表3份;以上数据电子版3份。
  4质量控制措施
  4.1质保资料
  本次控制测量所用采用的GPS接收机出测前已予检校,全站仪和水准仪也均已鉴定,符合规范要求。
  4.2产品过程检验
  控制资料平差计算前的高差、点号检查、平差后点位精度及相对精度检查。地形图在CASS5.1软件环境下成图,图面与草图有无遗漏、错绘检查,数据格式、属性、分层正确性检查。
  4.3检查验收
  本测区成果实行三级检查、一级验收制度。即作业过程中作业员自检、作业小组或工序间互检、公司质量管理部专检,最后提交委托方验收。检查验收标准为产品规格相应的图式、规范等。整个作业过程按ISO:9001-2000质量管理体系运行,各项作业和检查工作应留下痕迹,并做到持续改进。
  5GPS高程拟合结果分析
  GPS数据采集用了南方NGS9600静态GPS接收机4台随机软件包1套,拓扑康GTS-332全站仪1台及配套设备;莱卡TCR-406全站仪1台及配套设备。应完成测量工作如下:(1)E级GPS测量,共13点;(2)联测已知点三个:马鞍寨Ⅱ、生姜沟脑Ⅳ、一级导线点121°;(3)1:500地形图测量0.041km2;(4)1:1000地形图测量0.32km2;(5)坑口点放样4个。
  观测按规范要求采用静态同步模式,每个时段观测时间都在60分钟以上,观测时卫星高度角都在15°以上,历元间隔15秒,PDOP值小于6.0,观测卫星都在4个以上。GPS-E级高程控制网采用四等水准联测了13个GPS点,对其中12个GPS点进行高程拟合,另外2个当作求知点参加拟合,拟合出来的结果与联测值比较,作为评定拟合精度的依据。以上采取的措施有效地克服或削弱了各种因素对观测值的影响。根据分析,由于东城区控制面积达 百平方公里,测区北部地势较平坦,南边多为丘陵和山地,南北高差较大,影响GPS高程曲面的拟合,而且呈高差越大差值越大的趋势。所以在实际测量中,要达到更高等级的拟合精度,应该根据测区的大小 、地形的起伏来进行分区拟合,可这样的精度对本测区的E级GPS点的等外水准高程控制是足够的。
  从理论及数据分析,从控制网形和测量精度来看,点位分布和技术设计是合理的,布网方案和成果质量好,能够满足该测区的GP8高程控制网水准的等外级别精度要求。GPS高程拟合技术工作效率高。
  地形图GPS水准测量的应用属于工程测量的一种,为促进工程测量行业的健康发展,提高工程测量工作质量,应针对工程测量行业现状,采取相应的措施,在全行业范围内积极营造守信用,重质量的良好氛围,确保工程测量质量目标的顺利实现,在工程测量过程中充分调动测量人员工作的积极性与主动性,加强组织领导和督促检查,密切协调配合,确保各项测量工作顺利进行并取得实效。在地形图测量过程中应严格遵守质量管理的各项要求,使工程测量质量管理工作实现科学化、制度化和规范化,确保工程测量质量。
  6结语
  随着GPS技术的不断发展,可实现高精度、高分辨率似大地水准面的确定,因此,探索GPS水准在高程测量中的应用具有深远的实际意义。
  参考文献
  [1]《工程测量规范》(GB 50026-93).
  [2]《全球卫星定位系统(GPS)测量规范》(CB/T18314-2001).
  [3]《1:500、1:1000、1:2000地形图图式》(GB/T 7929-1995).
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