矿山测量新技术讲座(05)现代测绘技术在矿山应用范例.ppt

GPS能否用于高精度变形监测，一直是测量工作者关心的课题。GPS开始用于大地测量时期，由于GPS系统不够完善，大地型GPS接收机也刚研究成功，在人们心目中GPS只能做大地控制测量，不能做高精度变形监测。随着GPS系统的完善、SA的中止、GPS现代化计划的实施、GPS接收机的性能的提高、高精度解算软件的不断研制成功、解算方法的改进，目前GPS完全可用于精密变形监测，且将逐步取代常规的测量方法，这是精密变形监测领域的一次技术革命。目前在我国已有很多单位成功地将GPS应用于各种高精度变形监测。,现代测绘技术在矿山应用范例,1,3,GPS1,GPS2,GPS数据采集由七台GPS组成，GPS1、GPS2为基准站，GPS3GPS7为坝面外观监测站，其中GPS3位于坝肩，GPS6位于拱冠,洪峰进入险段，水文站的水位已经突破44.95m。大堤分洪最高水位是45.00m。大堤预计可能达到是45.20m。,,,,,,,,,,,,,设计最高蓄水位200m,,,坝顶高程206m,,超高蓄水位203.94m,水位变化曲线,,,,,,,,,地面,似大地水准面,铅垂线,正常高Hr,一、精化区域大地水准面,,参考椭球面,地面,,,,法线,参考椭球面,地面,,,正常高Hr,ζ-高程异常,,,,,,,,,高程系统在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。（一）、大地高系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。（二）、正高系统正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号Hg表示。（三）、正常高正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用Hr表示。,（四）、高程系统之间的转换关系大地水准面到参考椭球面的距离，称为大地水准面差距，记为hg。似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为。,,大地高与正高之间的关系可以表示为,大地高与正常高之间的关系可以表示为,GPS高程的方法由于采用GPS观测所得到的是大地高，为了确定出正高或正常高，需要有大地水准面差距hg或高程异常数据。（一）、等值线图法从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点的高程异常或大地水准面差距hg，然后分别采用下面两式可计算出正常高Hr和正高Hg。,在采用等值线图法确定点的正常高和正高时要注意以下几个问题1、注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。2、采用等值线图法确定正常高或正高，其结果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。,（二）、地球模型法地球模型法本质上是一种数字化的等值线图，目前国际上较常采用的地球模型有OSU91A等。不过可惜的是这些模型均不适合于我国。,（三）、高程拟合法基本原理所谓高程拟合法就是利用在范围不大的区域中，高程异常具有一定的几何相关性这一原理，采用数学方法，求解正高、正常高或高程异常。将高程异常表示为下面多项式的形式,零次多项式,一次多项式,二次多项式,,,,其中n为GPS网的点数。,,,,,利用公共点上GPS测定的大地高和水准测量测定的正常高计算出该点上的高程异常，存在一个这样的公共点，就可以依据上式列出一个方程,,若共存在m个这样的公共点，则可列出m个方程。,,,,从而组成误差方程,,,,,通过最小二乘法可以求解出多项式的系数,,P为权阵，它可以根据水准高程和GPS所测得的大地高的精度来加以确定。,2、注意事项（1）适用范围上面介绍的高程拟合的方法，是一种纯几何的方法，因此，一般仅适用于高程异常变化较为平缓的地区（如平原地区），其拟合的准确度可达到厘米以内。对于高程异常变化剧烈的地区（如山区），这种方法的精度要低一些，这主要是因为在这些地区，高程异常的已知点很难将高程异常的特征表示出来。需要增加点密度和加地形改正等。（2）选择合适的高程异常已知点所谓高程异常的已知点的高程异常值一般是通过水准测量测定正常高、通过GPS测量测定大地高后获得的。在实际工作中，一般采用在水准点上布设GPS点或对GPS点进行水准联测的方法来实现，为了获得好的拟合结果要求采用数量尽量多的已知点，它们应均匀分布，并且最好能够将整个GPS网包围起来。,（3）高程异常已知点的数量若要用零次多项式进行高程拟合时，要确定1个参数，因此，需要1个以上的已知点；若要采用一次多项式进行高程拟合，要确定3个参数，需要3个以上的已知点；若要采用二次多项式进行高程拟合，要确定6个参数，则需要6个以上的已知点。（4）分区拟合法若拟合区域较大，可采用分区拟合的方法，即将整个GPS网划分为若干区域，利用位于各个区域中的已知点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值，从而确定出它们的正常高。下图是一个分区拟合的示意图，拟合分两个区域进行，以虚线为界，位于虚线上的已知点两个区域都采用。,,,,,,,,（一）、概况要在相距3040公里的三个矿区（A、B、C）建立沉降变形监测网。方法GPS静态相对定位。仪器设备GPS双频接收机；GPS单频接收机。（二）、精度要求变形点的定位误差小于5cm。,二、区域变形监测,45km,54km,50km,方案1每个矿区在坚实稳定的地方布设一个基准点▲，每个基准点周围至少有两个引点●，以检查基准点的稳固。每个矿区在沉降变形区布设3个以上变形点○。整体网形如图所示观测方法采用双频GPS接收机按C级精度进行相对定位，观测时间段长1小时。数据处理用精密基线解算软件。该方案如果用单频接收机观测，其基线测量精度为51ppm，因矿区之间距离3050km，难以保证基线精度，。,方案2每个矿区在坚实稳定的地方布设一个基准点▲，每个基准点周围至少有两个引点●，以检查基准点的稳固。在三个矿区中心地区再布设一个基准点。每个矿区在沉降变形区布设3个以上变形点○。整体网形如下观测方法采用双频GPS接收机按C级精度进行相对定位，观测时间段长1小时。数据处理用精密基线解算软件。该方案如果用双频接收机观测，其基线测量精度为51ppm，因三矿区之间增加了一个基准点D，基准D与基准点A、B、C距离约30km，基线精度会比方案1有所提高。该方案如果采用单频接收机，在基线精度51ppm的情况下，基准点间的点位误差可达5cm。如果每个矿区基准点至变形点距离小于10km，则变形点对基准点的点位误差在2cm以内。,方案3在两矿间及三矿中心地区增加布设基准点D、E、F、G，如图所示。该GPS网基线边变为约20km，使用单频接收机观测更有保证。可以通过试验确定。方案3工作量较大。以上观测结果可以和区域大地水准面配合求出变形量。也可以直接比较WGS-84大地高变化。,三、矿山大型贯通,,,,,