gps定位技术在工程测量中的优点和不足

GPS 定位技术在工程测量中的优点和不足 2009-03-24 09:07 在测绘领域，随着全站仪的推广普及，传统的经纬仪、测距仪逐渐被 取代。近年来，随着 GPS 测量技术的发展，工程测量的作业方法更是发生了历 史性的变革。GPS 测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量 点的空间位置，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维 导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测 量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。 GPS 主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。 1、GPS 空间卫星星座由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面内，轨道平面的倾角为 55，卫星的平均高度 为 2O 200 km，运行周期为 11 h 58 min。卫星用 L 波段的两个无线电载波向广 大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息， 使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角 15 以上，平均可同时观测到 6 颗卫星，最多可达到 9 颗。 2、GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五 个监测站组成。主控站根据各监测站对 GPS 卫星的观测数据，计算各卫星的轨 道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注 入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。 3、GPS 用户设备由 GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机) 等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件， 经基线解算、网平差，求出 GPS 接收机中心(测站点)的三维坐标。 从工程测量的实施应用中，我们可以充分看到 GPS 测量的优越性，充 分显示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。 1、采用 GPS 技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单， 点的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行 控制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，选点灵活， 不需要高标，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网 和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管 GPS 本身在进行测量时 不受到通视条件的限制，但是，工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的 限制。因此，在实际的工程测量中， 仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪 等常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视， 特别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困 难。特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度， 进而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设 GPS 控制网时，必要时 应当尽量使较多的点互相通视。 2、GPS 方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求， 而且具有较大的精度储备。 3、采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中 误差表示精度指标更为合理。 4、采用 GPS 方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地 提高点位趋近速度。网形优化比较方便。 5、采用 GPS-RTK 测设建筑方格网与常规测量法相比，效率可提高一倍 以上，并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业， 流动站不需基准站指挥，单人即可独立作业。 GPS 技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优 越性，以及更大、更广阔的发展空间。但在该领域实际施工过程中和后续工程 的建设和监测中也暴露出了一些不足。 1、GPS 系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计 算，按照固定模式：距离=速度时间，时间确定之后， 速度按电磁波的传播 速度定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态， 信号要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS 系统只能对此进行平均计算，在某 些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的 影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差； 2、与常规仪器进行的控制测量一样，使用 GPS-RTK 技术应首先复核起 算基准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间 具有较好的位置分布。当使用动态 GPS-RTK 进行观测时，基准站的精度要经过 3-5 个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有 一致的精度。 3、大量的工程实例证明，虽然 GPS 高程测量能够达到一定的精度，但 用 GPS 施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，保证 高程精度满足市政工程建设的需要。 4、GPS 测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。 由于 GPS 测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标(包括高 程)的，任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产 生误差。为此，在选择测量点位时应注意以下几点：(1)点位视野开阔，向上 15，视角范围内应尽量避免有障碍物。(2)尽量远离大功率无线电发射源，间 距应不小于 400 m，远离高压输电线路，间距应不小于 200 m。(3)远离具有强 烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。 5、GPS 测量更适用于视野开阔、障碍物较少的新区建设、野外勘探定 位等，在老城区的建设中，使用 GPS 测量，或者接收不到信号，或者虽接收到 信号，但一直处于浮动状态，出现假固定或者不能固定，因此所得数据往往误 差较大，既无效率，又无精度，不能显示出 GPS 测量的优越性。 6、GPS 测量成果与常规测量成果之间，不同型号 GPS 测量成果之间存 在差异，有时相差比较大。GPS 网在进行平差计算时，边长一般需要进行两项改 正：(1) 归算至大地水准面的改正；(2) 归算到高斯投影面上的改正。二维联 台平差模型不能解决平面位置与高程位置统一的问题，而三维联台平差模型是 一个多功能的可实现平差模型转换的高级平差系统，平差得到的结果是点的三 维空间位置及其精度，这对于点位及其分量的全面分析和研究是极有利的。但 在三维联合平差时，需要地面点有相应精度要求的大地高观测值，这在某些情 况下是难以实现的。 7、GPS 及其相关技术是一门新兴起的技术，其运用的规范标准还不够 完善，目前我国还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产商大多使用自 己开发生产的电子地图，这些电子地图一般相互不兼容。另外，产品没有统一 的标准规范，产品市场没有形成标准，特别是软件产品没有形成统一的规范。 这还待有关部门进一步研究制定。 综上所述，在工程测量领域中，由于 GPS 定位技术自身独特而强大的 功能，充分显示了它在该领域实际测量工作中比常规控制测量具有更大的优越 性和适应性，同时也存在一些不足，还有待于进一步研究改善来适应实际测量 工作。随着该技术的飞速发展和普及，以及相关技术的应用，GPS 定位技术将在 城市建设及工程测量中得到更加广泛的应用。 矿山测量学科的性质与作用 矿山测量是一门交叉学科，它是综合运用测绘、地质和采矿工程等多种学 科的理论、技术来研究、处理、解决矿山地质勘探、规划设计、建设开发和生 产经营全过程中，从地面到井下，从矿体(煤层)到围岩，在静态和动态下的各 种空间几何、资源和环境问题。因此，它是一门边缘学科。它的发展、变化密 切相关于三个方面：一是矿业工程和采矿技术的发展及要求；二是测绘科学技 术与仪器设备的发展；三是其它学科的发展与影响，例如地质学、数理科学、 环境科学、土地科学、计算机科学技术、经济学等。在中国，曾经给矿山测量 学科定义为：是矿山地质勘探、设计、建设和生产运营各阶段，研究测定矿山 地面、地下空间点的几何位置，获得矿体、矿山开采和开采沉陷的各种空间几 何信息，进行分析和数据处理，编制各种比例尺的矿山地面、地下开采图件， 以及研究矿产资源合理开采、开采沉陷及其防护的理论和技术的学科2。国 际矿山测量协会，ISM 也曾经给矿山测量学科定义为：从开发的经济效果评价 矿藏的地质及开采条件；矿山权益的调查研究与交涉谈判；矿山测量的施测、 记录、存储、计算及矿图绘制；采矿对地表及地下岩层影响的测量与预计；矿 床储量的调查和估算；矿山规划等。 90 年代以来，由于世界人口 资源、环境和灾害问题日益突出，区域持续 发展的要求，给本学科的发展提出了新的课题，提供了新的发展机遇。其中， 比较显著并且已经在国内外矿山测量界开始实施的是“矿山生态环境及其治理” ，它包括矿区生态环境监测、分析评价、调控、土地复垦(Land Reclamation)、 环境恢复(Environmental Rehabilitation)或重建、复原(Restoration)。这就 不难理解，为什么第 10 届国际矿山测量学术大会的主题定为：采矿业的第 3 次 黄金时代，采矿对社会和环境的影响(Mining in the 3rd Millennium,The Social and Environmental Impact)。 由此可见，矿山测量在矿产资源的勘察、开发和生产经营过程中起着十分 重要的不可缺少的作用，是矿山的一个重要的生产技术部门。它在生产建设的 各个阶段、各项工程中往往既是“先行官”，又是“监督员”、“验收员”， 即其先行性、指导性、生产性和服务性。它的作用可概括为：保证作用、指导 作用、监督作用和参谋作用。 第一，在矿山正常均衡生产中起保证作用。矿山是一个复杂的在空间和时 间上不断变化的开放的生产系统，矿山测量人员通过及时、准确地提供矿山的 动态空间和资源信息，参与采矿生产计划的编制和检查其执行情况来实现这一 作用。 第二，在安全生产方面起指导作用。安全生产是矿山的第一要求。矿山测 量人员掌握和提供矿山采掘巷道、工作面(采场)、井下与地面的空间关系，了 解危险地段的位置，能预计开采沉陷、危害的范围和程度，从而在安全采矿生 产，避免或预警地面建筑物、构筑设施的安全使用方面起指导或监控作用。 第三，在充分开采地下资源和保证采掘工程质量方面起监督作用。矿产资 源是人类社会不可缺少的不可再生的自然资源，矿山测量人员依照采矿设计、 部门规范和国家法令检查、保证工程质量，监督合理充分地开采矿产资源。现 在，还应该在矿区生态环境的保证和治理方面起监督和保证作用。 第四，在矿山规划和生产设计中起参谋作用、咨询作用。在区域环境规划、 保护和环境景观的美学设计方面，提供重要的基础信息并参与设计工作。 可见，矿山测量工作贯穿于矿山勘测、设计、建设和生产经营的各个阶段， 直至矿山停止生产、报废后。 在矿床勘探、设计阶段建立矿区地面测量控制网，测绘不同比例尺的地形 图、地籍图；按照设计标定勘探工程，以及把有关数据绘到图上或存储之；与 地质、设计人员共同编制有关资料，进行储量计算。 在矿山建设阶段进行一系列施工测量，如标设井筒或露天矿开挖沟道的位 置，工业与民用建(构)筑物放样，开凿井巷测量及其验收，线路测量和设备安 装测量等。 在矿山生产阶段。进行巷道施工标定和测绘，采场测量和储量动态管理， 开采监督，岩层与地表移动观测与分析评价，露天矿边坡稳定性监测与研究， 参与采矿计划编制，以及矿区环境监测和保护工作等。 当矿山报废时，或许还要参加废弃矿山的生态环境恢复、重建工作，把全 部矿山测量资料、图件移交给有关单位长期保存。 关于矿山测量管理中全面质量管理的应用 2008-7-1 来源：今日科苑 作者：谢青城 摘要:我国经济的快速发展使得我国对能源的需求近一步加大，这也给我国矿业企业的带来了 更大的发展空间。矿山测量是矿山建设时期和生产时期的重要环节，直接关系到矿山安全。矿山 测量工作主要是对地面和井下进行，其不但是矿山生产建设服务的关键，也是安全生产提供信息 的主要来源之一，因此贯彻矿山测量全面质量管理对矿山开采有着重要的意义。文中就矿山测量 管理中全面质量管理的应用进行了简要的论述。 关键词:矿山测量管理;全面质量管理应用 近年来，我国经济对能源供给的需求不断增加，这在很大程度上促进了我国矿山勘探与开采 的进度。对这矿业企业对矿山勘探的深入，作为矿山建设时期与生产时期重要环节的矿山测量也 被列入到了重点工作规划中。矿山测量是矿山安全生产的关键，其对于矿山生产有着重要的意义。 矿山测量的任何疏忽或粗率都会影响生产或有可能导致严重事故发生。因此，矿山测量在矿山开 采中的责任与作用都是很大的。加强矿山测量管理已经成为我国目前矿业企业重点工作之一。 一、我国矿山测量管理现状分析 目前我国矿山测量管理工作还不完善，近年来矿山开采过程中事故时有发生。为了进一步加 强我国矿山管理，规范矿山生产，保障矿山安全生产，我国已经开始加强矿山测量的管理工作。 从事矿山测量的单位必须依法取得相应的测绘资质，测量人员必须依法取得执业资格；矿山测量 必须采用国家统一的测绘基准、测绘系统、测量规范等，保证测绘成果质量；矿山测量实行项目 登记和成果汇交制度，测绘成果质量实行终身责任追究制度；测绘成果必须按照国家有关规定进 行质量检验后方可使用，中型矿山测量成果应经省级以上专门测绘质检机构检验。各省也正在加 强矿山测量工作的监督管理，省国土资源厅也不定期的组织对矿山测量成果进行质量抽检，并公 布抽检结果，对测量成果质量不合格的单位依法予以处罚。种种措施对于我国的矿山测量管理都 起到了重要的作用。 二、全面质量管理在矿山测量管理中的应用 测量工作是一项专业性强,需多人配合才能完成的工作,往往一个环节的小失误就会影响整个工 作成果。杜绝测量工作失误,不仅是一个技术问题,也是一个管理问题,如何将先进有效的管理方法 在测量工作中进行推广应用,是做好矿山测量工作的一个重要方面。因此将全面质量管理中的全员 全过程质量管理过程引入矿山测量管理对于矿山测量工作的实施有着重要的意义。 （一）建立完善的质量体系，保障全面质量管理在矿山测量管理的实施 矿山测量管理的全面质量管理实施，首先要建立一套适应企业自身情况的质量管理体系，通 过质量管理体系、质量管理制度体系的建立，来做好矿山测量管理的基础。在制度体系建立过程 中一方面要注意强调体系的全面性及全过程性，另一方面要注重与企业自身情况的集合。避免出 现由于质量管理体系建立而带来的人员过度增加，适当的增加质量管理人员是必须的，但是要针 对企业情况，通过专职、兼职等职能代管来进行企业质量管理系统中管理人员的工作分配。另外 在质量体系建立的过程中，要注重奖惩制度的建立。通过奖惩制度促进矿山测量过程中全员的参 与。同时对于监控与监理制度也要进一步完善，以保障质量管理体系实施过程中监管的力度。 （二）建立矿山测量管理验证体系，促进全面质量管理的实施 验证体系是矿山测量全面质量管理体系中的重要一环，通过对测量方式方法、测量用仪器设 备等的验证来证明测量数据的真实性有效性，并保证多次同点测量结果的稳定性。 （三）建立 QA、QC 质量管理体系，保障矿山测量质量 矿山测量质量就是矿山测量结果的真实性、有效性以及准确性。为了更好的对矿山测量进行 有效的管理，建立一套 QA、QC 质量管理及检验体系是矿山测量管理的重点。通过 QA 在现场对 矿山测量的过程、仪器操作、数据收集、测量记录等进行现场监控，来保障矿山测量过程的质量 控制，保障测量结果的准确性。同时通过 QC 检验系统对矿山测量结果进行分析与检验，土样的 二次检验等手段，对测量结果的进行复核。最终通过 QA、QC 双方面的共同控制来保障矿山测量 的质量。 （四）建立矿山测量数据库，提高质量管理体系的质量控制能力 利用矿山企业现存信息化网络体系，改建网络系统。建立矿山测量数据库，将企业实施过的 测量案例等进行归档与分类。并将矿山测量中的注意事项等纳入数据库中。为后期的测量工作做 好信息收集工作，在以后的工作中一旦遇到相同情况可以及时才查阅数据库，避免不必要的耽搁。 在进行数据库建立时要将原有测量信息分析归档，并根据测量的实际情况将数据结果表明的表象 也一并纳入。为后期的参考提供更多的信息。质量控制点就是为了保证测量数据准确性而确定的 重点控制对象、关键 (续致信网上一页内容)部位或薄弱环节。测量过程中操作技术参数、自然条件、 土样取样条件等等都可以成为矿山测量过程的质量控制点。矿山测量质量控制点可以根据测量地 域、地质情况、矿储深度等的不同而不同。矿山测量是整个矿山生产安全形成的阶段，因此,在测 量过程中要以测量数据质量真实性准确性为核心、设置质量控制点、严格按着质量控制点进行测 量，并通过质量管理人员的审核与现场检查以保证工程质量。在矿山测量过程中质量控制点的设 置是非常重要的，合理的设置可以更加有力的保证