内蒙古自治区有色地质勘查局一〇八队赤峰市 024000
摘要：本文简单介绍了GPS定位技术在地质工程测量中的应用；详细叙述了GPS控制网的设计布设；进一步论述了GPS控制网的基线解算、平差过程和误差分析；最后提出了在地质工程测量中如何合理地利用GPS定位技术布设控制网，对以后类似的工作有一定的指导意义。
关键词：地质工程测量；GPS控制网；高程
一、地质工程测量的主要技术标准
（1）《地质矿产勘查测量规范》（GB/T18341-2001）。是地质工程测量执行的主要标准，内容包括了几乎所有的地质测量内容。
（2）《地质调查GPS测量规程》（DD2004-03）。是为适用于中国地质调查局下发的各种地质调查项目。
（3）《物化探工程测量规范》（DZ/T0153-95）。是为地质勘探中的物理、化学勘探两种专业规定的从控制布网到测网布设的各项精度指标。
（4）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）。适用于各种测绘的通用规范。在布设控制网前应按《设计》要求，确定使用上述哪个标准。不同的标准对控制网的基线长度、观测时间、解算精度、约束条件以及能否发展次一级网等不尽相同。
二、GPS控制网的设计
GPS控制网的设计虽然不像以往常规测量网的设计，需要考虑边长相近、点间通视、角度大小等众多因素，GPS网设计方便灵活，但也并不是说GPS控制网不用精心设计、可以随意连边成网，它同样也需要从多方面考虑。有关资料文献与多年的经验可知：布网时应尽可能地选择国家一、二等三角点，最好是同边邻点，这样的点位精度基本相同，能够很好地将WGS84坐标较严密地转换到BJZ54系统，而尽可能地少选用三、四等点。众所周知，三、四等点通常是一、二等锁网点内插所得，因此不在同锁网内的三、四等点的精度不统一。如果选用跨锁网的三、四等点，就会使得GPS控制网在约束平差时很难得到较为理想的精度。所以，收集起算约束点的成果时要考虑这些因素。为了求得较为精确的转换参数，约束点应均匀分布在工区的外围。选用3个约束点[按《全球定位系统（GPS）测量规范》]的近似方形的小面积工区，点位理想分布为以工区几何重心为中心的近120°形状；选用3个约束点的近似带状的工区，2个约束点应分布在长边两侧，一点位于中心。选用两个约束点（按其它地质测绘规范）的近似方形的小面积工区，点位理想分布为以工区几何重心为对称点近180°等值直线形状；选用两个约束点的近似带状工区，2个约束点应分布在长边两侧。这样设计的网型有利于较为准确地推算工区的坐标转换参数，也利于以后工区控制网扩展、连接。
三、控制网的计算平差
3.1基线解算
《地质调查GPS测量规程》中规定：相同等级的GPS网，根据基线长度不同，应采用不同的数学处理模型：基线短于8km时，须采用双差固定解。长度为8～30km的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。30km以上的长基线，可采用三差解作为基线解算的最终结果。《全球定位系统（GPS）测量规范》中规定在进行C级以下各级GPS网解算中，15km内的基线，须采用双差固定解。15km以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。《地质矿产勘查测量规范》与《物化探工程测量规范》对多长的基线采用何种解算方法没有做强调。通常GPS商用软件在进行基线处理前要对基线处理进行设置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆GPS处理软件默认的是双差固定解，合格基线方差比（ratio）大于3.0，一般来说在基线10km以内，基线方差比满足此条件，可以认为是符合《规范》中等级网的测量要求的。随着基线长度的增加，其中误差也相对会有所增加。如果仅作为加密控制，或者要求较低的情况下也可以相对放宽条件，将方差比设置为2.0，这也是可以的。外业质量检核是确保平差精度要求的重要环节：
（1）同步环闭合差检核。对于闭合差超限的同步环应仔细分析原因：首先，在一个同步环中的基线解算组合方案应相同，这样可以取得最小的闭合差，反之，则容易超限；其次，按上述解算基线的四种调整方法调整后重新解算，以求得最小的闭合差；最后，对于仍不能求得最理想结果的，也暂时不宜对环内的基线下不合格的结论，而应进一步在独立环中继续分析。
（2）独立环（异步环，附和路线）闭合差检核。nσ，Ws≤33nσ（σ为相应级别规定的精度）。对于闭合差超限的独立环也应仔细分析原因：首先，独立环中是否包含有同步环超限的基线，若有，应重新审查该基线观测段的星历预报，检查卫星分布状况是否长时间近似成一直线运行，以及PDOP是否接近限值，然后回忆野外观测时是否在不合理条件下强行观测；若无，则将环中基线置于别的独立环中观察是否残差太大，或利用重复基线进行判定，则可判断环中哪条基线可能含有粗差。
（3）重复基线边检核。重复基线的长度较差ds≤22σ。其中σ在不同的《规范》内表达意义不一样：《地质矿产勘查测量规范》指相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）。《地质调查GPS测量规程》基线向量的弦长中误差（按实际平均边长计算），σ式中的a、b指布网的等级精度。《物化探工程测量规范》中指接收机的标称精度。《全球定位系统（GPS）测量规范》指相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）。对于有复测基线互差超限的，应重新检查基线的方差比值，对于方差比值较小的，特别是临界的要重新设置参数，重新解算，解算后仍然超限的，也暂时不要剔除返工，应在异步环和同步环中进一步做分析，以确定哪条基线含有粗差。
3.2无约束平差
在基线向量和各项质量检核符合要求后，用所有独立基线组成的GPS空间向量网，在WGS-84坐标系内进行无约束平差。在无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应符合下式规定：VΔx，VΔy，VΔz≤3σ三维无约束平差主要是评定GPS网的内部符合精度，三维无约束平差的结果完全反映了GPS网的布设的好坏、观测质量的情况，最后断定网中是否含有粗差基线，对于判定有粗差的基线给予剔除补测。到此，自由网平差结果的精度反映了GPS测量的真实质量。
3.3约束平差
正如前面所述，地质工程测量的结果最后都要归算到BJZ54系统下，所以自由网要经BJZ54坐标点的约束才能将整个控制网点转换。而众所周知，国家BJZ54控制网是分级观测，分区平差的，所以导致了约束点精度的不均匀性，因此如果不能选用好的约束点，强制约束平差，将引起整个GPS控制网的扭曲和变形，即使自由网精度很高，而约束平差后的精度也并不见得理想。约束平差达不到要求的有以下几个原因造成：①已知点精度不够高；②已知点不是整体网；③点位资料不正确；④点位位置不正确。需要注意的是，在无约束平差后，得到的相对精度是1∶100000；而约束平差后得到的相对精度仅为1∶50000，那么最高的使用精度结果也就是1∶50000。因为无约束平差后的精度是网在WGS-84椭球系中的三维边长精度，并不是投影转换到所要使用的平面坐标系统中的边长精度。如果该次测量项目要求精度不低于1∶100000的话，那么要重新设计观测平差GPS网；如果该次测量项目要求的精度在1∶100000与1∶50000之间，则认为网本身的精度基本上已达到要求，而要重新选择高精度约束点，因为是约束点本身的精度低，强制约束导致了GPS网扭曲变形太大，降低了精度。
结语
地质工程后续性较强，许多工区一做就是几年甚至几十年，因此在布设GPS控制网时应做远景设计规划，不应只考虑当时单一的工种，而依照某一《规范》布设控制网，致使日后再做重复工作。因为地质工程测量中GPS控制网基线边长较长，不利于测距边长投影后对比，另外高等级高程点也较少，所以无论是平面网还是高程网一定要有外检核，才能做最可靠的精度评定。
参考文献
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[5]国家质量技术监督局.网的技术设计、选点与数据处理[S].中国标准出版社，2001：325；11215.
论文作者:唐纳明,赵晨龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/24
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