1、四川省旺苍椿树坪矿区钒钛磁铁矿地质勘探阶段测量方案研究摘要：矿山地质勘探阶段测量是矿山勘查阶段的一个重要环节，测量工作及测量成果是为矿产储量计算和后期的矿产开采服务的。随着微电子技术及计算机软、硬件技术的迅猛发展,航空摄影、遥感技术的推广应用, 以及全球定位技术（GPS）系统、全站仪等先进测绘仪器的普及, 测绘行业已进入数字化测绘时代。在测绘科学技术迅速发展，测量技术不断创新和发展，面对各种挑战和机遇同在的关键时代，广大测量科技工作者肩负者历史的责任，有必要对矿山地质勘探阶段测量方案做一个很细致的研究，以期广大测绘工作者对这个阶段的测量任务有新的认识，也期待有更好的方案来提高工作效率，降低劳动
2、强度，使我们的测绘工作得以省时，省力，高精度的方向发展。 关键词：控制测量；航测像控；GPS；全站仪；地质勘探工程测量；地形图补测 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 1、四川省旺苍椿树坪矿区测区简介 四川省旺苍椿树坪矿区测区位于四川省广元市旺苍县境内，面积7.25，海拔高度 520m1600m。其地理位置为:东经 10621301062315，北纬 322545322700。北接国华镇、英萃镇、南靠高阳镇,东邻普济镇、大两乡、黄洋镇、西结双汇镇,旺鼓旅游路从境内穿过。境内森林覆盖率达 60%以上，矿区内深沟峡谷，山势陡峭，地势北高南低。地理条件对测绘工作的影响较大。 2、 主要工作内容
3、 近 20 年来，测绘技术突飞猛进，计算机绘图技术、信息管理技术、GPS、RTK 技术、航空摄影测量、全站仪（长距离免棱镜）等已广泛应用在矿山勘探开采的各个阶段，已成矿区控制测量、地形图测量、地质剖面线放样、地质点测量的重要手段，使矿山地质勘探阶段的测量趋向自动化、智能化、数字化和实时化，航空摄影测量、航空遥感测量和地面摄影测量在矿山的应用又得到进一步重视。矿山地质勘察阶段测量自动化、智能化是解决实时定位，矿山后期生产的基础。构建数字矿山以信息化、自动化和智能化带动采矿业的改造与发展，已成为矿业界的共识，建立数字矿山，实现矿区资源绿色开发利用被认为是走矿产开发新型工业化道路的必然途径和两大关键
4、，也是未来若干年内矿业界关注的热点与奋斗目标。 四川省旺苍县椿树坪钒钛磁铁矿地质勘察阶段主要测量任务如下： (1)矿区控制测量，主要采用 GPS 静态模式进行四等控制测量和 GPS快速静态进行一级点加密； (2)地质勘探工程物探线、剖面线、钻孔定测及地质点测量；主要包括测量方案的选择，结合测区具体的情况，以及经济状况选择合理的方案和仪器进行地质勘探工程测量； (3)航空摄影测量的航外控制点布设及测量；主要包括像控点布设方案的研究，像控点的具体选择位置，像控点的测量及精度分析； (4)地形图补测，在这里主要考虑用 GPS-RTK、长距离免棱镜全站仪、CASS 测图软件相配合补测地形图。 希望通过
5、对本矿区地质勘察阶段测量方案的研究，能推广到其它矿区，对以后矿山地质勘察阶段测量方案做一个参考。 3 四等控制测量和一级控制点加密测量 控制测量是地形测量及地质勘探工程测量的基础，因此必须具有足够的精度及密度，以满足相应比例尺地形测量和地质勘探工程测量的需要。控制网的布设应遵循从整体到局部，分级布网，逐步控制的原则。根据测区的面积、测图比例尺及矿区以后的发展等多方面因素，为做到技术先进、经济合理、确保质量、长期使用原则，最后本项目确定用采用 GPS 做控制测量。这样可以同时获得控制点的平面坐标和大地高，将平面控制测量和高程控制测量合二为一，大大提高了效率. 3.1GPS 测量的特点 相对于传统
6、测量学来说, GPS 测量主要有以下特点: (1)测站之间无需通视,使得 GPS 测量选点更加灵活方便。 (2)定位精度高。一般双频 GPS 接收机基线解精度为 3mm + 1ppm.D ,高精度激光测距仪标称精度为 2mm + 1ppm.D ,在短距离测距时与 GPS 测量精度相当,甚至高于 GPS 测量精度,但随着距离的增长,GPS 测量优越性愈加突出。大量实验证明,在小于 50 km 的基线上,其相对定位精度可达 12 10-6,而在 100500km 的基线上可达 10-610-7。 (3)观测时间短。小于 20km 的短基线时,快速静态一般只需 5min 观测时间即可。 (4)提供三
7、维坐标。GPS 测量在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测定观测站的大地高程。 (5)操作简便。在观测中测量员的主要任务是安置并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态,而其它观测工作如卫星的捕获,跟踪观测等均由仪器自动完成。 (6)全天候作业。GPS 观测可在任何地点,任何时间连续地进行,一般不受天气状况的影响。 3.2GPS 测量的主要误差来源 GPS 测量中出现的各种误差按其来源大致可分为以下几种类型: (1)与卫星有关的误差。主要包括卫星星历误差、卫星钟的误差、地球自转的影响和相对论效应的影响等。 (2)信号传播误差。因为 GPS 卫星是在距地面 20200 km 的高空中运行,G
8、PS 信号向地面传播是要经过大气层,因此,信号传播误差主要是信号通过电离层和对流层产生的影响。此外,还有信号传播的多路径效应的影响。 (3)观测时采用的接收设备误差。 (4)仪器对中误差和天线高的量取误差。 3.3 平面控制设计 四等 GPS 控制网,以边连接的方式布设,点位应满足 GPS、水准观测条件和观测要求,通达便利,能够长期保存,利于其它测量手段扩展和联测。GPS 控制网总点数 13 点,最大边长 2551m ,最短边长 633.632m,平均边长为 1350.805m。与国家四等三角网点联测。 矿区控制网图 各等级 GPS 测量作业主要技术要求 项目 方法 等级 三等 四等 一、二级
9、 卫星高度角，() 静态 15 15 15 快速静态 有效观测卫星个数 静态 4 4 4 快速静态 平均重新设站数 静态 2 1.6 1.6 快速静态 时段长度，min 静态 60 45 45 快速静态 20 15 15 数据采样间隔，s 静态 1560 1560 1560 快速静态 点位几何图形强度因子（PDOP） 静态 6 6 6 快速静态 注：当采用双频机进行快速静态观测时，时段长度可缩短 10min。 外业观测作业的主要目的是捕获 GPS 卫星信号，并对其跟踪、处理，以获得所需要的定位信息和观测数据。外业观测应严格按照 GPS 测量作业的技术规范要求和事先所拟定自观测计划进行实施，只有
10、这样才能协调好外业观测的进程、提高工作效率、保证测量成果自精度。另外，为了顺利地完成观测任务，在外业观测之前还必须对所选定的接收设备进行合格的检验。 GPS 的外业观测，一般包括天线安置、设备连接、开机观测、外业检查等几个基习步骤。 四等 GPS 网基线采用双差固定解,基线解算主要考虑的因素:卫星钟差的模型改正；接收机钟差的模型改正;电离层折射影响用 LC 观测值消除;对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁(Saastamoinen) 模型改正,采用分段线形的方法估算折射量偏差参数;卫星和接收机天线相位中心改正,接收机天线 L1 、L2 相位中心偏差采用 TGO OFFICE 软件的设定值。
11、通过本次控制测量方案的实施，得出以下结论： (1)GPS 静态作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制, 非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等地区，如本次四川省旺苍椿树坪矿区地区。 (2)GPS 静态测量可以大大提高工作效率及成果质量,它不受人为因素的影响,整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制,自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。 (3)GPS 测量可以极大地降低劳动作业强度,提高作业效率,一般 GPS 测量作业效率为常规测量方法的 3 倍以上。整个作业仅花 4 天时间,其效率较常规测量手段至少提高 5 倍。 3.4 快速静态技术运用于加密一级控制点 由于测区总面积大，地形
12、起伏较大，为满足测区的后期测量工作及后期的生产建设的需要，受甲方委托，我单位需要对测区进行一级点加密。测区面积 7.25，施测一级 GPS 点 100 个。由于测区面积较大,工期紧,为了不延误后期测量工作,保质保量如期完成任务,我们决定使用快速静态定位模式在该区布设一级 GPS 控制网。 GPS 快速静态定位测量是利用快速整周模糊度解算法原理所进行的GPS 静态定位测量。它具有高精度、全天候、全球性和点间无需通视等优点,已广泛应用于测量的各个领域,为我国经济建设做出了重大贡献。 GPS 快速静态定位的基本方法：在测区的中部选择一个基准站（或参考站） ，并安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；其
13、他接收机，一次到各点流动设站，并静止观测数分钟，以便按快速解算整周未知数的方法解算整周未知数。观测中必须至少跟踪 4 颗卫星，接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，因而可关闭电源。 就观测时段而言,全球定位系统城市测量技术规程(CJJ73 97 ,以下简称规程) 规定,二等以下 GPS 测量各等级作业的观测时段长度见表 4。 GPS 测量各等级作业的基本技术要求 项目 等级观测方法 三等 四等 一级 观测时段 （min） 静态 60 45 45 快速静态 20 15 15 由上表可见:与静态定位相比,使用快速静态定位测量,观测时段将缩短 2 倍;在精度方面,对于二等以下控制网
14、,GPS 静态定位测量所能达到的精度,快速静态定位测量同样可以达到,而工作效率却提高了 2 倍,快速静态定位测量越来越受到人们的青睐。 4 地质勘查测量 4.1 物探线测设 物探线的测设就是将基线与物探线上的工程点测设于实地。物探线的设计必须由地质人员通过现场实地踏勘后,依据地形条件和矿体走向来确定。 常规的测设方法是：在基点上安置经纬仪,定出基线方向,按设计给定的物探线间距,采用钢尺量距或精密视距的方法定出各物探线在基线上的交叉点，然后分别在这些点上安置经纬仪，依据设计给定的物探线上工程点的点距,采用点位测设的方法,将其测设于实地,即得到第一组物探线；同法，可将另一组物探线上的工程点测设于实
15、地。将勘探线上的工程点测设于实地后,应埋设标志并编号。 但是由于此矿区地形条件复杂，树木遮挡较严重，且此次任务繁重，时间紧迫。在这样的情况下，应用传统的方法,较难实施且此次测量工作。因此根据现场踏勘和综合考虑到我单位实际情况后，我们经过研究决定采用 GPS RTK 配合全站仪对该矿区的勘探线进行测设。 由于物探线的测设方法和剖面线的测设方法是一致的，所以在这里就不详细介绍。详细的方法见剖面线测设部分。 4.2 剖面线的测设 剖面线主要是为了获得地表某特定线段内的地貌形态及其在垂直剖面上的地质构造情况，需要沿该线段测定地质勘探点和地质点的位置，以及地形变换点的位置，并以各测点的高程为纵坐标、测点
16、至端点的平距为横坐标展绘出该线段的垂直剖面，即剖面图(它是地质断面图的底图)，它的设计必须由地质人员通过现场实地踏勘后,依据地形条件和矿体走向来确定。 与物探线的测设一样，由于地形地貌及时间关系，剖面线的测设采用的是 TGPS RTK 配合全站仪对该矿区的剖面线进行测设。 剖面线测量的技术指标不大于表 5 的规定 项目 图上平面位置中误差（mm） 高程中误差（等高距） 剖面控制点 0.1 1/8 剖面测站点 0.3 1/6 剖面点 平地、丘陵地 0.6 1/3 山地、高山地 0.8 注 1 平面及高程中误差均指对最近图根点而言。 2 当剖面比例尺大于地形图比例尺时，图上平面位置中误差系指地形图比例尺。 GPS RTK 是靠接收从地面以上约两万公里的卫星发射来的无线电信号,这些信号频率高、功率低,不易穿透阻挡卫星和 GPS 接收机之间视线的障碍物,它们之间的任何物体都会对系统的操作产生影响。在山区作业,由于受地形、植被、卫星状况、天气状况、数据链传输状况等多方面因素的影响, RTK 测量精度存在不稳定性。因而采取一定的措施对 RTK 的测量成果质量进行控制是必不可少的。该矿区主要采取以下方法进行: (1)每天开始测点和放样前以及收工前对控制点进行检测。 (2)测量过程中, 对测量区域内邻近的控制点进行测量检查。 (3)从不同的基准站对一定数量的点进行重复测量检查。从检查统计
