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摘要 ：司家营铁矿控制测量网遍及采选区、尾矿库及岩土 临时转载场等重点区域，覆盖面积达 150km2.经过外业选点、埋 石以及观测工作， 再通过内业平差计算， 采用国家D 级以上级别 GPS 控制点为起算点，用高精度 CORS 站接收机，进行D 级 GPS 点加密，在施测D 级 GPS 控制网的基础上分别在三个区域内建 立E 级 GPS 控制网， 同时进行E 级控制点的水准联测， 完成E 级 GPS 控制点分别为采选区 12 个和尾矿库 15 个，共计D 级 GPS 控 制点加密个数 11 个，E 级 GPS 控制点27 个。构建出司家营铁矿 矿山控制测量网，成功应用于矿区范围内地形图、管道、道路以 及变形监测等测量工作，并实现现有的地方 54 坐标系图件向西安 80 坐标系再到国家2000 坐标系的转换。
关键词 ：矿山,GPS,控制测量网
随着矿山测量业务范围的扩大，现有的矿山控制测量网覆 盖范围局限， 原设备采取的单点式电台信号的输出模式， 其设备 参数设定及数据处理功能已不能满足对 150km2 的区域进行 GPS 控制测量，测量作业成本高，已不能满足生产需要。因此，依据 《全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》以及参照国内 外计算机、网络、测绘等国家标准及相关规范， 构建出技术先进、 稳定可靠、资源集约、易用可扩展的司家营铁矿矿山控制测量 网， 以适应矿区范围内各项矿山测量工作的需要。
1 矿区概况
1.1 位置与交通
司家营尾矿库地处唐山市区东约 20km，行政区划隶 属唐 山市 古冶区，岳 各庄村 附近。其 地理坐 标为 ：东经 118° 25′ 37″，北纬 39° 37′ 12″ ;司家营铁矿采区地处滦 州市南约 6km，滦河西侧。其地理坐标 118° 45′ 19″，北纬 39° 40′ 49″ ;研山尾矿库地处滦州市东北约 7km， 滦河西侧。 其地理坐标为 ：东经 118° 46′ 18″， 北纬 39° 47′ 55″。
1.2 自然地理和经济状况
矿区内以平原为主，地势北高南低。属于温暖带半湿润的季 风型大陆性气候区。冬季受西伯利亚和蒙古冷空气的影响， 盛行 偏北风 ;夏季受海洋气团和太平洋高压的影响， 盛行偏南风。具 有春季干燥多风、夏季闷热多雨、秋季昼暖夜寒、冬季寒冷少雪 的特点。全年平均气温 10.5℃。全面平均日照2651.5h。常年平均降水量 714.5mm。主要农作物有花生、小麦、玉米等。主要干鲜 果类有苹果、梨、核桃等。主要工业有矿山、水泥、建材等， 乡镇 企业发达。
2 分析利用现有资料
整个区域周边有国家D 级及以上级 GPS 控制点 9 个，分别 是黄坨、谢马庄、马狗庄、信号山、民训基地、南柏店子、雷庄、 国家B 级控制点亦是国家水准起算点和国家A 级控制点。经现 场勘察，这 9 个点位均保存完整，且分布均匀合理，成果来源可 靠，成果平面坐标均为 1980 西安坐标系和 1954 北京坐标系，高 斯投影 3°带， 中央子午线为 117°， 1985 国家高程基准成果， 可 以作为D级、E级 GPS 控制测量的起算点。
司家营采区距离国家 1117 水准点 6km 左右，作为高程控制 测量起算点 ：司家营尾矿库附近没有水准点，采用加密D 级点 拟合高程为高程控制测量起算点，采用二等水准对矿区内 E 级 控制点进行水准测量，取得其水准高程 ;研山尾矿库 E 级控制 点均分布在山顶， 无法进行水准测量， 采用控制网拟合高程作为 控制点高程。三个区域内的高程系统除采取为水准高程外， 两个 尾矿库都是 GPS 拟合高程。
3 建设控制测量网的基础
以《全球定位系统(GPS) 测量规范》(GB/T18314-2009)、《工 程测量规范》(GB50026-2007)、《国家一、二等水准测量规范》 (GB12897-2006) 和《测绘成果质量检查与验收》(GB/T24356- 2009) 等行业规范及标准为准绳，经过外业选点、埋石以及观测 工作， 再通过内业平差计算， 构建出司家营铁矿矿山控制测量网。
3.1 坐标系
司家营铁矿矿山控制测量取得三套平面坐标系成果，分别 为 1954 年北京坐标系、1980 西安坐标系和 2000 国家大地坐标 系，高斯投影 3°分带，中央子午线为 117°。高程系统 1985 国 家高程为基准。
3.2 选点与埋石
所有D级、E级 GPS 控制点点位的布设，均经过现场实际踏 勘，根据规范要求，并结合实际地形进行选点、埋石。选点、埋 石过程中严格依照下列要求进行 ：第一，点位均选在交通方便、易于扩展、土质坚硬，便于埋石和观测，能长期保存并有利于其 他测量手段扩展和联测 ;第二，点位周围便于安装接受设备和 操作，视野开阔，视场内没有高于 15°的成片障碍物，以避免对 接收卫星信号的影响 ;第三，点位远离高压线及大功率发射源 (如电视台、电台、微波站等) 的距离大于200m，点位附近没有 强烈干扰卫星信号接收的物体，并避免大面积水域。第四，充分 利用符合要求的已有控制点，经检查其稳定性、可靠性和完好 性，符合要求，可以利用 ;第五，选点时尽可能使测站附近的小 环境(地形、地貌、植被等) 与周围的大环境保持一致，以减少 气象元素的代表性误差 ;第六，所有 GPS 控制点均采用混凝土 预制普通标石，规格样式及埋设要求符合《全球定位系统(GPS) 测量规范》。预制时，在标石面上刻有明显的点号并涂记，测量 标志刻上E级 GPS 字样。
3.3 观测及技术要求
选点与埋石工作结束后，经过 15 天左右的自然沉降，稳定 之后进行观测。
GPS 以 CORS站为接收机，以互联网为依托，同步静态定位 观测，从而构成 GPS 控制网。GPS 观测基本技术要求如下 ：① 卫星截止高度角D 级和 E 级均为 15°。②同时观测时，有效卫 星的颗数D 级和 E 级均大于等于 4 颗，卫星总数也必须在 4 颗 以上。③观测时段数要多于 1.6 个，其观测时段中的时间长度D 级大于 90min， E 级不得少于 45min。④数据采样间隔为 15sec。 ⑤时段中任一卫星有效观测时间D级和E级均为15min。⑥几何 精度强度因子D级和E级均小于6PDOP。
经统计，司家营铁矿控制测量在构建过程中，重复观测测 站率为 90%，即观测时段数为 1.88.大于规范中规定的 1.6.符 合要求。
4 控制测量技术
露天铁矿山在生产过程中，根据矿山测量日常业务，需要覆 盖范围广、测量精度高的定位定向技术，且有效测距长、信号稳 定等性能。建立有效的控制测量网，可广泛应用于采场、尾矿库 和厂区等部位进行地形更新、变形监测、地质勘查等方面。
4.1 技术需求和精度需求
司家营矿区对控制测量的技术需求，主要包含 ：①建立矿 区控制网，进行沉降与位移的人工监测。②及时更新采场、尾矿 库及厂区的地形。③进行采剥工程量的验收与结算。④进行生 活用水、尾矿管线等相关管网的维护。地面控制测量工作蕴含在 矿区的整个生产过程。
司家营矿区对控制测量的精度需求，按等级划分，主要在大 地测量、采区控制测量、核算采剥工程量、管线测量和其它专业 性的测量， 是一切数字化矿山测量工作的空间信息的基础。
4.2 采用的技术手段
静态相对定位和动态相对定位构成了现代 GPS 技术，而在 矿山测量工作中，采用了动态与静态相结合的 GPS-RTK技术， 这是司家营铁矿控制测量网主要采用的技术手段。
4.2.1 GPS 和RTK 技术
(1) 高精度的定位工作一般采用静态的 GPS 技术， 其观测时 间较长， 适用于矿区地表的控制测量。
(2) 满足厘米级精度需求的快速静态 GPS 满足低等级控制 测量，可以快速求出整周模糊度，既提高了测量速度，又保证了 精度的需要。适用于地形图测量、恢复控制点以及地表人工变形 监测工作。
(3) 而在二者基础上的 GPS-TRK技术，是实时动态RTK 差 分法与实时动态差分 GPS 定位技术的结合体，实现实时提高测 站点的三维地理坐标， 接收和传递相应定位信息， 及时进行数据 处理， 实时获得厘米级精度的测量成果。适用于矿区地形图和地 籍图的测量，细致到采剥工程的放线、管线普查、矿区的勘测定 界和地表三维模型的定位。
(4) 为了便于携带，也使用了手持 GPS，即移动 GPS，其定 位精度小于 10m，仅用于矿车的调度和测绘，或是地质人员野外 随身定位导航或地质填图工具。
4.2.2 CORS 连续运行基准站
CORS 连续运行基准站是在一定范围内建立若干个连续运 行的永久性基站，通过网络互联，构成网络化的 GNSS综合服务 系统。CORS 系统是建立和维持相应地区高精度静态和动态地心 三维坐标参考框架的基础设施， 同时还可以提供厘米级、分米级 精度的实时准实时定位， 提供毫米级的后处理精度定位， 为矿山 行业提供需要的静态和动态的空间位置。
而司家营铁矿采用的华测北斗 CORS，其配备了华测最新一 代的N72 基准站接收机，采用华测自主研发的新一代实时网络 管理软件 CRNet，实施单基站 CORS 的建设，适用于小范围作业 区域，建设成本低，施工周期短，数据稳定可靠，其优点在于抗 遮挡、作业距离长、精度高、稳定性强等方面。
5 平面控制测量及质量评述
5.1 D 级控制测量实施
在矿区周围已有国家D 级及以上级 GPS 控制点的基础上， 通过实际勘察，以 GPS 静态观测同步递推边连结和网连结相结 合的形式构网，在全矿区范围内，进行D级 GPS 控制网加密，实 现高稳定、高精度的控制测量。
5.2 E 级控制测量实施
结合施测加密 GPS D 级控制网的基础上分别对采区、尾 矿库进行 GPS E 级控制网的布设。其中司家营尾矿库布设 E 级GPS 控制点 8 个，研山尾矿库布设E 级 GPS 控制点 6 个，采区布 设E级 GPS 控制点 12 个。
5.3 数据处理
基于 CORS站和互联网的内业数据传输，具有数据传输、基 线处理和平差计算同步的特点。基线处理时采用广播星历，GPS 观测值均按基站设置加入对流层及时修正，按照同步观测时段 为单位进行，采用双差固定解。处理后，结合闭合差和基线质量 指标，参考方差及方差比进行分析，对少量不理想的基线进行 人工处理， 满足《全球定位系统(GPS) 测量规范》(GB/T18314- 2009) 要求，并进行外业数据质量检核，构建出矿区范围相应平 面控制测量框架。
5.4 平差计算及精度统计
首先，将处理后的基线在WGS-84 坐标系中进行无约束网平 差计算，全面考察 GPS 基线向量网的内部精度，平差时程序本 身使用平差网中各点的平均坐标值来控制坐标平移，用内部约 束足以满足网中方位角和尺度的约束条件，并从观测量闭合差 和方差分布图上分析，通过置信度 95% 以上检验和 τ 值检验，实 现各项精度指标符合要求。
此外，约束平差时，为了排除已知点坐标的粗差和检验起 算点的精度，要对已完成的D 级 GPS 控制点分别进行三维坐标 拟合，保证了已知点坐标最大平面误差符合规范要求，使得起 算点精度可靠，实现矿区范围内平面控制测量坐标的完备性和 安全性。
6 高程控制测量及质量评述
司家营采区控制点以国家一等水准点 1117 为起算点，布设 了闭合水准路线， 得出该区域高程为水准高程， 达到对高程精度 的需求， 并符合规范。
司家营尾矿库原D 级网高程为拟合高程，布设并施测的D、 E 级高程网以一致性为原则，亦采用拟合高程，并按照二等水准 测量的技术要求进行施测，水准数据平差使用数字水准仪自动 平差功能。研山尾矿库控制点均布设在山顶，无法进行水准测 量，控制点高程均为拟合高程。全域范围内实现矿山测量作业对 精度的需求。
7 应用情况
司家营铁矿矿山控制测量网的构建，成功应用于大型露采 矿山生产的各个环节，实现外业运行的可靠、快捷、便利，内业 数据整理的实时、精确、高效，测量内业和外业协同并进，保证 矿山测量工作的有序开展。
7.1 控制网的可靠性，保证外业安全正常运行
司家营铁矿矿山控制测量网的构建按高标准设计，保证系 统正常运转性能， 保证用户可用性的要求， 保证系统的完好性级 可靠性，其主要技术是通过足够数量的D、E 级控制点进行控制 测量， 实现矿区范围内测量作业的安全正常运行。
7.2 变形监测
司家营铁矿矿山控制测量网的构建，形成了覆盖范围在 150km2 内，建立起一个高稳定性、高精度定位技术及相应动态 坐标框架， 一方面确定区域的整体位移水平， 另一方面矿区有独 立的坐标系，可进行各种毫米级的变形监测。并依托 CORS站， 可对采场边坡、尾矿库坝体以及岩土临时转载场等重点部位的 安全性进行预报或报警。
7.3 坐标系转换与高程系统转换技术
司家营铁矿矿山控制测量网的构建，可把整个矿区范围内 的坐标转换成满足生产需要的独立坐标。依据地心参考框架到 地方独立坐标系， 精度优于 10-6左右的转换参数， 快速或实时获 取动态定位点所需的海拔高程，实现整个区域内出格网分辨率 为2km×2km、精度为 ±5cm 的大地水准面模型，并可直接确定 该点大地水准面标高， 使得大地水准面高的精度应优于 ±10cm， 实现矿区原地方 54 坐标系与西安 80 坐标系及国家大地 2000 坐 标系间的灵活转换。
7.4 地形、管道以及道路的更新
司家营铁矿矿山控制测量网的构建，在进行采区道路、尾矿 库、尾矿管线路由以及生活热力管线等基础设施的测量时， 依托 CORS 站的有效半径长的优势，有效分析西安 80 坐标系下各个 生产区域的电子图文现状，为高效组织生产、采剥细节调整、尾 矿库安全指数测绘、尾矿及燃气管线局部细节调整等提供科学 数据资料。实现与政府管理部门图文系统无缝对接， 高效申办各 种手续。
8 小结
司家营铁矿矿山控制测量网的构建，实现 150km2 范围内有 效、精准的测量作业安全有效的运行，实现采场边坡、尾矿库坝 体和岩土临时转载场等重点部位的变形监测，实现精准的坐标 系转换和高程系转换，实现地形、管线及道路的更新，实现矿山 业务与政府有效对接， 满足矿山生产高质量发展的需求， 为矿山 信息化、自动化、智能化奠定了基础。
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