关于GPS控制网优化设计的探讨

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关于GPS控制网优化设计的探讨
冯文军周源文李德祥
(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院)
摘要：本文从CPS控制网的点位选择，图形设计及观测方案等方面入手，探讨了GPS控制网的优化设计问题。
关键词：GPS点位；优化设计；探讨
l前言
众所周知，利用GPS系统实测各种用途的控制网可以达到降低外业
劳动强度，提高工作效率，获得较高的相对定位精度和低成本的目的。为
此我们首先应做好GPS网的优化设计，这也是达到此目的的关键。
2 GPS控制网优化设计原则
GPS控制网的布设应视其目的，要求的精度，卫星状况，接收机类型
和数量，测区已有的资料，测区地形和交通状况综合考虑，即网的设计应
在效率性、可靠性、精确性和经济性等方面力图实现用户的要求。
3 选择有利的GPS点位
选择合理的GPS点位是进行GPS控制网测量的～个必不可少的先
决条件，GPS点位选择得恰当与否将直接影响到GPS测量的精度、费用
和F级测景工作。所以在实测GPS控制网之前，进行踏勘选点时，除了遵
循((，全球定位系统(GPS)测量规范》外，还应注意以下几点：
(1)GPS点位应该离公路稍远一些。
(2)GPS点位应远离枝叶茂盛的火树。
(3)GPS点位应尽量远离对无线电信号有反射作用的建筑物及具有
发射无线电信号功能的电视台、电台等。
(4)实测GPS网时，有时不得已要进行偏心观测。若有偏心观测时，
该尽量减少偏心元素的测定误差，同时偏心距不应人于100m为宜。
4确定合理的网形结构
4．1确定同步图形
同步图形的形状是由GPS接收机的台数决定的。例如：3台接收机
般采用同步■角形；4台接收机一般既可以采用同步四边形也可以采
用同步中点三边形；4台以上接收机所采用的同步图形就更灵活。
4_2 同步图形连接扩展方式
同步图形连接扩展方式一般有点连接方式、边连接方式和网连接方
式。不同的连接扩展方式有各自不同的特点。
4．2．1 点连接式GPS网
昔相邻同步环之间仪有一个公共点相连接构成的GPS网则称之为
点连接式GPS网，简称点连式GPS网(如图1 Ca)所示)。以这种方式构成
的GPS网，没有(或仪何一个)异步闭合环，网形强度比较薄弱，发现粗差
的能力较弱；但在同样网点数下，同步图形个数最少，而且它具有最少观
测时段数，工作量较小，获得成果快，若对控制点精度要求不高，观测时
选取有利的观测时间，采用点连接GPS网无疑是一种经济快速的布网方
式。
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c ) cb) tC’
图1同步图形连接扩展方式
4，2_2 边连式GPS网
边连接式GPS网是指同步图形之间有一条公共基线相连接(如图1
(I )所示)。以这种方式布点所构成的GPS网具有大量的复测基线，可以
构成较多的异步闭合环。能检查各种闭合差的大小以及判别观测中是否
存在粗差，而且图形强度最强，但观测期数最多，最费时。
4．23 点边混连式GPS网
点边混迮式GPS网，足指布网时把点连接式与边连接式有机地结合
起来，构成混连式GPS网(如图1(c)所示)。在特别高精度要求下可采用
·342·
边网混合连接观测方式。这种布网方式，有一定多余观测基线数使图彤
呈封闭状，保证了网结构的几何强度，提高了GPS网的可靠性，同时，外
业观测工作量又比边连式GPS网有了较大的减少，降低了生产成本，在
普通控制测量中，可谓是一种较理想的布网方式。
除以上三种常用的构网方式以外，在一些特殊的情况下也采用其它
构网方式。如：仅有2台GPS接收机时，可以建立星形网，如下图所示：
2
4
图2 星形网圈
即在测区中央部位设立一个参考站，其它控制点都与参考站按差分
相对定位的方式测定其点位。各基线以参考站为中心而呈辐射状的测量
模式。
4_3在选择合理布网方式时应注意以下三方面的问题
(1)在整个GPS网中决不应该存在自由基线。因为自由基线不具备
发现粗差的能力，如果一旦有粗差它将存在于最终成果中，影响整个网
的质量。
(2)在布没高精度GPS网时，网中两条基线的夹角应保持在50～125。
之间。这样，在同样的轨道误差情况下，对控制网的测定精度影响最小。
(3)在特殊情况下用2台接收机布设星形网时，应特别注意。因为没
有几何检验条件而且极易产生较大的相对误差。
5 准确地估计观测期数
在选择好合理的GPS点位及基本确定CPS网形结构以后，应该初
步计算～ 下观测期数。因为这对于合理安排技术人员，仪器设备，合理地
运用资金，正确估计外业任务完成的时间以及车辆的调配等都将起剑十
分重要的作用；而且准确地估计观测期数也是达到CPS测量高效率，高
质量和低成本的有效的手段。
一般城市的控制测量均采用点连接或边连接或点边混合连接扩展
方式。无论采用哪种连接扩展方式，其观测期数S． 都可用下式计算：
St,=1+INT[(n—m)／(m—p)]
其中：n——GPs网中所有控制点的个数；
m——GPs接收机台数；
INT——取整函数且INT(x)≥x。
当网形结构为点连接方式时P=1：当网形结构为边连接方式时p=2；
当网形结构为点、边混合连接方式时S ≤Si-2≤S 。
6选择最佳观测时间段
在1991年以前，CPS卫星还达不到全天全球三维覆盖。即使在GPS
正式投入运行后，GPS卫星能达到全球三维覆盖，也不一定能有较好的
分布图形。因此，在测量之前，需计算出一天中可见卫星的情况和可见 『J
星分布情况及GDOP值，以便制定观测计划，也就是选择最佳观测时间
段，使CDOP值达到最小。
中华民居2011年O7月 地质·勘察·测绘
浅谈煤矿水害防治措施
林茂
(郑煤集团崔庙煤矿)
摘要：矿井水害多年来一直是制约我国采矿工程建设的主要因素之一。各种类型的水害会给煤矿安全生产带来重大影响。随着煤矿开采的进一步深
入，水害事故时有发生，不仅造成财产上的经济损失，更重要的是直接威胁到井下工人的生命安全。本文通过对矿井主要水害分析，采取行之有效的防治措
施，保障煤矿安全生产。
关键词：煤矿；地表水；疏水降压
l矿井主要水害分析
1．1雨季地表水威胁
(1)地表河流水威胁。绝大部分煤矿附近都不同程度的存有水库、河
流、湖泊，在雨季时，由于河流、湖泊水位暴长，溃堤决口致使水流倒灌矿
区，造成地表低洼地区积水或直接通过井口溃入井下造成水灾。
(2)露天开采的矿井在地表上留下露天坑，河流在附近流过，雨季水
量大时有可能倒灌露天坑，地面积水可能导入井下。
(3)由于许多地区煤炭开采历史较长，矿区低洼地点、古井、塌陷区
较多，矿井周围井口多。浅部的部分小煤矿超上限开采，造成地表斑裂，
这些都是地表水导入井下的通道。
1．2 老空水威胁
(1)采空区积水。采空区内的低洼点逐步积水，对下部距离比较近的
煤层的开采或同一层的下部采掘工作面带来威胁。
(2)巷道内的积水。
① 废弃的下山巷道逐步积水，不能正常及时填图，给以后的采掘活
动留下隐患；
②平巷口或者上山巷道的下口的密闭没有留设泄水孔，密闭内如果
逐渐积水，随着积水的增多，最终可能突破密闭造成突水事故；
③不少煤矿立井井筒下部存有积水，其水位经常超过罐笼的过放距
离位置，如果发生罐笼过卷，可能造成罐笼内的乘员被淹。
(3)矿区的积水威胁。不少报废和被关闭的矿井，内存有大量积水，
与周边附近生产矿井有直接或间接相通关系，亦或填图不及时，图纸交
换不正常，对生产矿井构成重大威胁。
(4)挡水墙封闭的高压老空水威胁。部分煤矿在生产区域之上(矿井
的浅部)为控制涌水量而对部分采空区使用挡水墙进行了封闭，当采空
区水积满以后该区域就成了高压水包，由于其生产区域和作业人员都在
封闭的积水区以下，一旦挡水墙出现意外，有可能造成重大损失。
(5)复采区域局部滞留的老空水威胁。部分煤矿在原煤层的采空区
·+ *+ “—卜一—·卜*—- “+ “—+-w—+一”——卜-+ 一—·卜”—-卜”+ n+ --——卜*+ -+
7 实例
内有复采活动，采空区的低洼地点和老巷道可能滞留部分老空水，如果
探查不细有可能造成事故。
(6)古空水威胁。很多煤矿处在煤层露头下部开采，露头浅部不同程
度的存有古井、古采区，下部的生产矿井遭受古空水威胁。
1．3 承压水、顶板水、断层水威胁
(1)底板承压水威胁。部分煤矿在开采下组煤时，在煤层底板不完整
或遇有小断层的情况下受底板含水层承压水和断层水威胁。
(2)顶板水威胁。主要是煤层上部含水层的威胁。有的含水层属于洞
穴裂隙承压水，内部赋存水量较大，一旦揭露或导通了这些裂隙和洞穴
就容易出现突水。
(3)断层水威胁。有的煤层距离含水层比较近，断层有可能导通含水
层造成威胁。另外一些落差较大的断层可能导水，在揭露断层时易出现
突水。
1．4岩溶陷落柱的水害威胁
岩溶陷落柱是埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体，在地下水溶蚀
作用下，形成巨大的岩溶空洞。强充水型陷落柱内充填物未被压实，柱内
水力联系良好，直接导通奥灰等高压水，沟通了煤系地层各含水层，采掘
工程一旦揭露就发生突水，对矿井造成灾难性的淹井事故。
1．5相互沟通不能实现相互隔离的问题
很多矿区由于煤炭开采历史较长，小矿多，开采关系复杂，基本矿矿
相通，但又没有或不能相互隔离，一个矿井发生水害事故，其他矿井也会
遭受影响。
2水害防治措施
深入开展隐患排查活动，充分认识隐患排查对于避免水害事故的重
要性，努力找到水害事故隐患的蛛丝马迹，认真加以治理，真正做到防患
于未然：
(1)加强雨季期间调度和值班工作。在雨季，煤矿主要负责人要在岗
210国道(邻水段)改建工程1：2000地形测量全面网共布设127个
点，其中布设四等GPS控制点25个，下图为四等GPS控制点观测略图：
图3四等GPS控制点观测略图
图中所有待测GPS点均经图上设计，实地踏勘后确定的有利点位，
图形设计按GPS控制网设计原则进行。实测过程中用6台美国产
ASHTECH单频GPS同步观测一个时段，有15条同步观测边，其中有5
条独立边，共观测lO个时段，设站总数60，平均重复设站数2，PDOP≤
6，于2009年3月26日～29目内外业全部完成，其控制网精度统计如下：
(1)同步环精度
同步环个数 坐标分量相对闭合差(1xlO4) 环线全长相对闭合差(1xlO4)
O一2 2-4 4～6 0~3 3 6 6—10
8
4 3 1 5 3 0
(2)异步环精度
一-
①多边形：0404；0311；0405；0404
Wx=0．002；Wy=-O．002；Wz=-0．002；Wxyzmax=0．055
W=O．003；Wmax=O．095；S=3727．142；Wppm=O．881
②多边形环：0402042404010402
Wx=0．005；Wy=O．008；Wz=O．015；Wxyzmax=0．078
W=O．018；Wmax=O．134；S=6648．401；Wppm=2．657
(3)点位精度统计
精度区间 0一lO／mm 10—20／ram 20-30／ram 30-4O／1111'11 平均点位经度
点数 5 12 8 0
百分率 20％ 48％ 32％ 1．66mm
从以上数据分析可知：该控制网经过优化设计后的精度是很高的，
完全符合《规范》要求，而且也达到了高精度、高效率和低成本的目的。
8 结论
实测各种用途的GPS网，进行GPS网优化设计是GPS测量中一个
非常重要的技术环节。
优化设计应从GPS控制网优化设计原则开始，并应在GPS点位的
选择，确定合理的网形结构，准确地估计观测期数，选择最佳观测时段及
GPS网的可靠性和效率等方面着重考虑，同时还必须结合测区的自然条
件，交通等状况。
·343·
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2014-9-29 20:13 上传

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