1、目 录矿山近井点建立技术研究.31.1概述 .31.2已有测绘资料的分析利用 .41.3 坐标系和投影面选择 .51.4 GPS控制网的布设 .51.5近井点点位的选取 .61.6技术标准 .91.7平面控制网 .111.8高程控制网 .131.9数据处理 .16- 1 -矿山近井点建立技术研究1.1概述在全国范围内都布设了国家一、二等三角网和水准网，在矿区范围内也有国家一、二等三角点和水准点。但是，这些点的密度很小，远远不能满足矿区测量的需要。通常进行的矿区控制测量就是在国家一、二等三角网和水准网的基础上布设矿区三、四等三角网或高精度的光电测距导线作为矿区的平面控制，布设矿区三、四等水准网作
2、为矿区的高程控制。为了满足矿井建设和生产的需要，建立矿井上、下统一坐标系统，还需在矿井工业广场井筒附近布设平面控制点和高程控制点，即我们通常所说的近井点和井口水准基点。在矿井建设和生产过程中，为了井口位置和工业广场建筑物的标定，井上、下联系测量，井口之间贯通测量等，首先需在井口附近地面上建立近井点。高质量的近井点，应是既满足工程施工标定对近井点点位精度的要求又能使观测工作量（例如野外观测时所花时间和费用）最小，即成本最低的近井点，这种近井点，称为最优点。建立最优近井点，可通过优化设计来实现。它包括最佳点位（图形）设计和最佳观测权设计。本文只阐述矿区近井点图形最佳设计，并就矿区常用的几种近井点推
3、证了最佳图形、最佳点位精度、非最佳点位精度以及它们之间变化情况。考虑到矿区在长期矿井建设及开采过程中，近井点点面遭到破坏，因此近井点应该设立在有利于长期保存的位置，以满足将来的需要。近井点点位依据工业广场设计图，尽可能悬在不影响工广建设，易于保存、同时状况良好的地方，具体位置由矿方决定。近井点大致高程需要与工广设计高程相近，做到不影响生产、易于保存和利用。由于GPS测量的特殊性，为了保证GPS测量的精度，点位选择还要遵循一定的技术要求。本文以万福煤矿测区为例阐述矿山近井点测设的方法及相关问题。- 2 -1.2已有测绘资料的分析利用测区附近有四个三等三角点，分为：郭庄、王水坑西、张庄、后牛楼，是
4、泰安中煤物测队于 1987年 10月-1988 年 8月，在改造后的菏泽二等网基础上施测的，称为“巨野三等三角网” ，采用 1954坐标系，三个点保存完好，距离矿区大约为 4公里、2 公里和 7公里，本次测量拟采用其作为近井点的起算数据。上述三等点的高程是泰安中煤物测队于 1990年在国家二、三等水准点的基础上不设的四等水准点，采用 1956黄河高程系，水准网的高程中误差为 0.0192m。选用国家二、三等水准点作为本次测量的高程起算数据。已知数据见表 1.1表 1.1已知坐标数据 点号 点名 X（m） Y（m） 高程（m） 备注1 郭庄 7614.858 8354.003 42.774 柱石
5、面真高2 王水坑西 2453.882 6777.141 44.647 柱石面真高3 张庄 2277.218 2629.447 41.941 柱石面真高本次测量前要求对起算数据进行检核，具体检核方案如下：（1）在郭庄、王水坑西、张庄按照 D级 GPS点观测规范要求进行静态 GPS测量，获得其同步观测数据。（2）利用 GPS随即软件进行数据处理，分析其精度，进行互相推求解算，分析其已知成果精度。（3）如果有必要，联测董官屯镇、柳林镇、大谢集镇和董楼 C级 GPS点（80 系）中的部分点进行坐标转换好精度分析或通过中煤物测队获取更多矿区附近高等级控制点。1.3 坐标系和投影面选择根据万福煤矿的要求，
6、平面控制测量采用 1954年北京坐标系。1954北京坐标系参考椭球基本几何参数为：长半轴 a=6378245m- 3 -短半轴 b=6356755.2882m扁率 a=1/298.3第一偏心率平方1=0.00669438499959第二偏心率平方 2=0.0067395081947高程采用 1956黄海高程系1.4 GPS控制网的布设近年来随着 GPS定位技术的发展，GPS 相对定位精度在几十千米的范围内可以达到1/1000000-1/10000，完全可以满足城市二、三等网的精度要求。GPS 网的网形在很大程度上与使用接收机的数量和作业方式有关。目前，在地铁及公路的建设过程中，首级网的布设很多
7、都是采用了 GPS网。施工控制网的设计一般经过下列过程：首先根据建立控制网的目的、要求和控制范围，经过图规划也野外选点，确定控制网的图形并决定参考基准（起始点） ；根据测量仪器条件拟定观测纲要（观测方法和观测值的预期精度） ；根据观测所需的人力、物力进行成本预算；根据控制网图形和观测精度进行目标成果的精度估算和分析，并与预定的要求进行比较，作必要的方案修正，以上称为控制网的设计工作。然后是付诸实施，埋设标志，建立观测墩、台和观测标志，按预定纲要进行观测，按观测数据评定观测精度。最后进行成果处理、平差计算，平差值及目标成果的精度评定。控制网优化设计的质量标准控制网的质量是控制网设计的核心和宗旨。
8、用什么标准来衡量控制网的质量好坏，不仅却取决于工程的性质和要求，而且取决于标准制定的合理与否。因此，标准的制定对控制网的设计非常重要。而这个标准就是控制网优化设计的质量标准，又称为质量指标或质量准则。通常，我们用一些数值指标来描述控制网质量的好坏。根据对控制网的要求不同，一般有下列 4个方面的质量指标：- 4 -（1）精度，描述误差分布离散程度的一种度量；（2）可靠性，发现和抵抗模型误差的能力大小的一种度量；（3）灵敏度，监测网发现某一变形的能力大小的一种度量；（4）经济，建网费用。1.5近井点点位的选取近井点点位依据工业广场设计图，尽可能在不影响工厂建设，易于保存、同时情况良好的地方，具体位
9、置由矿方决定。另外，工厂设计高程约为 44.5m，近井点大致高程需与该设计高程相应，做到不影响生产、易于保存和利用。由于 GPS测量的特殊性，为保证 GPS测量的精度，点位选择还需遵循以下的技术要求。（1）尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点。当近井点必须设置于井口附近工业厂房顶上时，需保证观测时不受机械震动的影响和便于向井口敷设导线。（2）每个井口附近需设置一个近井点和两个高程基点。近井点和连测导线点（即近井点至定向连接点或斜井、平哃口之间的导线点）据可作为高程基点用。（3）近井点至定向连接点（或斜井、平哃口的导线点）之间的连测导线边数需不超过 3个。（4）多井口矿的近井点应统一规
10、划，合理布置，尽可能使各近井点位于同一个三角网、三边网、边角网或导线网中，并使相邻井口的近井点构成控制网中的一条边或力求间隔的边数最少。（5）近井点和井口高程基点表示的埋设深度在无冻土地区应不小于 0.6m，在冻土地区盘石顶面与冻结先之间的距离应不小于 0.3m。（6）为使近井点和井口高程基点免受损坏，在点的周围应设置保护桩和栅栏或刺线。在标石上方宜堆放高度不小于 0.5m的碎石。（7）在实地选点前，应收集有关布网任务与测区资料，包括 1：10000 地形图，已有的控制点、站的资料；并充分熟悉测区的情况。- 5 -（8）点位均选在易于安置接收设备，交通方便，视野开阔的较高点上。（9）点位目标显
11、著，视场周围 15以上不应有内障碍物，以减少 GPS信号被遮挡或障碍物吸收。（10）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等）其距离不小于 200m；远离高压线，其距离不得小于 50m，以避免电磁场对 GPS信号的干扰。（11）点位附近不应有大面积水域，不应有强烈干扰卫星信号接受的物体，并尽量避开了大面积反射墙。（12）所选点形成的网形应有利于同步观测边的连接。（13）交通方便，有利于水准、加密等其他测量手段扩展和连测边的连接。（14）近井点的选择在满足以上条件的基础上应尽量选在交通便利的地方。根据以上技术要求和万福煤矿的需要，选择 6个点作为近井点，如图 1-1所示，点位设计坐标如表
12、 1.2。另外，在工广区之外埋设 3-4个近井点，以便备用和长期保存。表 1.2 近井点分布表点名 坐标 X 坐标 Y 备注W-1 1167.59 5925.58W-2 0971.08 5946.64W-3 0967.12 6355.32W-4 0666.09 6354.67W-5 0662.82 5985.28W-6 0528.75 6000.99- 6 -图 1.1 近井点分布由于 GPS观测站之间不要求互相通视，所以选点工作较常规测量要简便的多。因为GPS点点位的选择，对 GPS观测工作的顺利进行并得到可靠地成果有重要影响，所以，应根据测量任务的目的和测区范围、精度和密度的要求等，从分收
13、集和了解测区的地理情- 7 -况及原有控制点的分布和保存情况，恰当地选取 GPS点的点位。在选定 GPS点点位应遵循以下原则：（1）定位周围便于安置天线和 GPS接收机。视野开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于 15。（2）定位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站及微波通道等）及高压电线，以免周围磁场对 GPS信号的干扰。（3）为减弱多路径效应的影响，定位周围不应有对电磁波发射强烈的物体。（4）定位选择在交通方便的地方，以提高作业效率。（5）选点时，应考虑便于用其他测量手段联测和扩展。（6）点位应选择在地面基础坚固的地方，以便于保存。为了长期保存点位，GPS 控制点一般应设置具有中心
14、标志的标石，精确标志点位。GPS点的标石和标志必须稳定、坚固。对于研究三维变形的 GPS监测网的点位，更应该建造便于保存的标志，为提高 GPS测量精度，可以建造带有强制对中的观测墩。1.6技术标准D级 GPS网测量作业基本技术规定符合下表的要求：表 1.3 D级 GPS网测量作业基本技术规定项目级别卫星高度角（1）有效观测卫星总数时段中任一卫星有效观测时间（min）观测时段数时段长度（min）数据采样间隔（s）D 15 4 15 1.6 45 5-15GPS观测所选有效观测卫星与测站组成的几何图形尽可能坚强，点位几何图形强度因子（pdop）值，D 级网小于或等于 10。GPS 观测，需事先制定
15、观测计划，统一指挥，做到- 8 -同时开机，同时关机，观测员应将 GPS接收机天线准确置于测点上方，对中误差2mm。保证每个时段观测的有效性，关机后再量取一次天线高。作为校核，两次差不得大于3mm，取平均值作为量后结果。观测员认真仔细填写 GPS测量野外观测手簿，做到填写及时、正确，在作业过程中严禁作业人员离开现场，防止人和其他物体靠近天线遮挡卫星信号。技术要求：（1）在 GPS网设计时,根据 煤矿测量规程 中对矿区控制网的精度要求,可选择精度为四等或一级的 GPS 网,一般建议选择四等的 GPS 网。（2）布网时应考虑与国家坐标系统统一起来,即联测国家高等级控制点,将国家高等级控制点作为控制
16、网中的已知点来使用。（3）在 GPS 网的图形设计时宜采用边点混合连接方式，这样既能保证网的几何强度,提高网的可靠指标,又能减少外业工作量,降低成本。（4）选点时应遵守原则是:远离高压输电线及大面积水域等影响精度的地方,同时考虑 GPS控制点与近井点和井口的水准基点重合,这样可提高井下平面控制网的精度及节省成本。（5）观测时要严格按 全球定位系统( GPS)测量规范 或全球定位系统城市测量技术规程 的相关规定进行观测,同时根据设计精度,注意保证足够的观测时间。（6）在 GPS基线平差中,应先采用无约束平差,在无约束平差确定的有效观测测量的基础上,在以国家坐标系的一个已知点和一个已知基线的方向作
17、为起算数据,平差将 GPS基线向量观测值及其方差阵转换到国家坐标系的二维平面上。（7）在 GPS网的平差得出大地高后,求解正常高时,可采用 GPS水准高程或者是 GPS三角高程的方法。但根据煤矿应用的实际,笔者建议采用水准测量进行直接测设高程,同时联测至井口附近对矿山建设有用的 GPS 控制点上即可。近井点可在矿区三、四等三角网,测边网或边角网的基础上，用插网、插点和敷设经纬仪导线等方法测设。近井点的精度，对于测设它的起算点来说，其点位中误差不得超- 9 -过7 cm ，后视边方位角中误差不得超过10。井口水准基点应按四等水准测量的精度要求测设。此外近井点和高程水准基点的布设还要满足以下要求：
18、(1) 尽可能埋设在便于观测、保存和不受开采影响的地点；(2) 近井点至井口的连测导线边数应不超过3条；(3) 高程水准基点应不少于两个近井点可作为高程水准基点。1.7平面控制网用天宝双频接收机，标称精度为（5mm+1ppm*D） ；GPS 控制网按静态相对定位模式观测。静态相对定位模式作业方法是，将两台或两台以上的 GPS接收机设备分别安置在几个点上，同步观测 1-2h，当测站间距离不超过 5km时，观测时间可缩短到 45min左右。天线安置应符合下列要求：（1）一般情况下，天线应尽量利用三角架安置在标志中心的垂线方向上，直接对中。当点上建有寻常标，在觇标下安置天线应适当延长观测时间。（2）
19、天线底板上的圆水准气泡必须居中。雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防雷击，在雷雨过境时应暂时关机停测，卸下天线。观测应注意事项：（1）观测组中各接收机的观测员应按观测计划规定的时间作业，确保同步观测同一组卫星。（2）在确认外接电源电缆及天线等各项联接结无误后，才能接通电源。在接收机预置状态正确时，才可启动接收机。接收机启动前与作业过程中，应随时逐项填写测量手簿中记录项目，开机后接收机的仪表数据显示正常时，才能进行自测试和输入有关测站和时段控制信息。（3）接收机开始记录数据后，观测员应使用功能键和选择菜单，注意查看测站信息、接收卫星数量、卫星号、各通道噪音比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化和存
