礦區(qū)簡易CORS系統(tǒng)的建立及應(yīng)用①

王延國，孫善一，常屹冉，劉 洋

（1.安徽理工大學(xué) 測繪學(xué)院，安徽 淮南232001；2.中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢430074；3.吉林師范大學(xué) 計算機學(xué)院，吉林 四平136000）

0 引 言

為礦井安全開展建筑物下、水體下、鐵路下等三下采煤工作，安全、合理地留設(shè)保護煤柱、解放壓煤量、節(jié)約煤炭資源，從而進一步恢復(fù)與重建礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，煤礦測量規(guī)程規(guī)定［3]，對于首采面必須建立地表移動觀測站，以掌握由于采動而引起的地表移動變形特征與規(guī)律，為實現(xiàn)上述目標(biāo)及研究重復(fù)采動時的地表移動變形規(guī)律提供基礎(chǔ)資料?，F(xiàn)已在淮南A礦區(qū)建立首采面的地表移動觀測站，欲通過數(shù)據(jù)采集，分析處理獲得可靠的地表移動變形參數(shù)，為下一步的生產(chǎn)決策服務(wù)。

地表移動觀測數(shù)據(jù)采集工作主要分兩部分：一是垂直方向位移測量，由于地表移動變形規(guī)律對高程變化量及精度要求較高，從目前國內(nèi)高程測量方法精度來看，幾何水準(zhǔn)測量仍然保持其較高的精度，其測量方法為高精度高程測量工作所采用。主要探討地表水平位置移動數(shù)據(jù)采集方法，即簡易CORS模式作業(yè)方式［4]。這種作業(yè)方式與以往GPS動態(tài)作業(yè)方式（RTK）相比，因其參數(shù)是由多個分布合理的大區(qū)域高等級控制點解算而來，精度相對要高。優(yōu)點在于在保證精度的基礎(chǔ)上，因其系統(tǒng)建設(shè)成本低，作業(yè)模式簡單，經(jīng)過多個礦區(qū)實驗論證后，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 CORS基準(zhǔn)站建立及系統(tǒng)布網(wǎng)情況

1.1 基準(zhǔn)站建立

基準(zhǔn)站位置一般選在四周比較開闊，無信號干擾，且便于維護的地方。A礦區(qū)的CORS系統(tǒng)建設(shè)既要滿足其精度要求，而且還要節(jié)約成本。選擇礦區(qū)辦公樓頂，該處空曠，無信號干擾，地勢優(yōu)越?；鶞?zhǔn)站是帶有強制對中裝置的水泥墩（如圖1所示）。

圖1 基準(zhǔn)站

1.2 CORS系統(tǒng)布網(wǎng)及觀測情況

1.2.1 GPS靜態(tài)作業(yè)觀測要求

系統(tǒng)布網(wǎng)及觀測工作是GPS測量的非常重要外業(yè)工作，在觀測工作開始前，需要仔細擬定觀測計劃，對于順利完成觀測任務(wù)，保障測量成果的精度，是極為重要的。擬定觀測計劃的依據(jù)主要是：GPS網(wǎng)的規(guī)模大小情況，精度的要求，GPS衛(wèi)星星座分布，GPS接收機數(shù)量，測區(qū)地形及交通運輸狀況等［5]。

觀測工作主要包括：GPS接收機安置，觀測作業(yè)，觀測記錄和觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量評定等。

慢性胰腺炎(CP)是臨床常見的胰腺疾病，疼痛為其主要且突出的臨床表現(xiàn)，是不少患者就診的首發(fā)癥狀，也是患者反復(fù)住院治療的最常見原因。目前關(guān)于CP疼痛的機制及治療較多。本文就CP腹痛機制及治療做一綜述。

1）采用靜態(tài)相對定位模式進行GSP網(wǎng)同步觀測時，技術(shù)要求如下：

①衛(wèi)星截止高度角≧15°；有效觀測衛(wèi)星數(shù)≧4；觀測時段長≧120min；數(shù)據(jù)采樣間隔5s；PDOP≦6.

2）在靜態(tài)觀測過程中，具體作業(yè)要求

①天線高測量，需要每時段在測前和測后各自測量一次（量取至mm位）。每次須從天線的不同部位各量取三次，互差不得超過3mm.取前后兩次測量均值作為天線高終值。

②儀器正常工作后，應(yīng)及時逐項填寫測量手簿中各項內(nèi)容。如年月日，測站名，站時段號、接收機類型等信息。

③觀測過程中不應(yīng)在接收機旁使用手機、對講機、收音機等無線電設(shè)備，必要時應(yīng)該盡量遠離使用。

④觀測結(jié)束后，應(yīng)及時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機硬、軟盤上，以確保觀測數(shù)據(jù)不丟失。

1.2.2 CORS系統(tǒng)D級控制網(wǎng)（如圖2）布網(wǎng)情況

圖2 GPS控制網(wǎng)

系統(tǒng)基準(zhǔn)控制網(wǎng)采用GPS定位技術(shù)按D級要求進行，采用GPS技術(shù)建立基準(zhǔn)網(wǎng)時，應(yīng)布設(shè)成分布均勻，結(jié)構(gòu)合理的網(wǎng)行。經(jīng)實地考察分析，選擇附近區(qū)域蘇莊西（SZHX）、平峨山（PESH）、南圩子（PY5）、潘二礦（PEK）等高等級控制點，其中蘇莊西（SZHX）、平峨山（PESH）為國家Ⅲ等控制點，其他則為礦區(qū)較高等級控制點。在施測過程中，高等級控制點應(yīng)與礦區(qū)內(nèi)地表移動觀測站控制點聯(lián)測，以便在日常觀測時使用。

2 GPS基準(zhǔn)網(wǎng)質(zhì)量評價

2.1 基線向量解算精度分析

GPS基準(zhǔn)網(wǎng)質(zhì)量評價主要從控制網(wǎng)流程圖（圖3）中各環(huán)節(jié)因素精度進行評定。

圖3 GPS控制網(wǎng)流程圖

基線解算時應(yīng)首先采用雙差相位觀測值多站、多時段自動處理方法進行，采用的數(shù)據(jù)類型為L1／L2偽距與載波相位。通過對基線向量的殘差分析及解算精度分析，若自動處理方式的成果較差，則對較差的基線向量利用數(shù)據(jù)開窗處理技術(shù)，并采取截取合適的時間段、選取合適的衛(wèi)星截止高度角和刪除有關(guān)衛(wèi)星等措施進行人工處理，直到基線向量解算結(jié)果合乎要求。

從表1中可以看出，該GPS連接測量控制網(wǎng)的最大點位中誤差不超過1.0cm，平均約為0.5 cm，達到相應(yīng)等級GPS網(wǎng)的要求。

表2中列出了采用抗差估計（RS估計）時，A礦地表移動觀測站GPS控制網(wǎng)的基線向量中誤差統(tǒng)計信息。

表1 GPS控制網(wǎng)點位中誤差統(tǒng)計表

表2 GPS控制網(wǎng)基線向量中誤差統(tǒng)計表

從表2中可以看到，GPS經(jīng)空間無約束平差后，基線向量中誤差均勻，均在0.5cm以內(nèi)。

在組成GPS控制網(wǎng)的135條基線向量（含重復(fù)基線和同步基線）中，平均邊長13 979.350 4m，最長邊（SZHX～PY5）為16 745.062 7m，最短邊（PB01～PBCS01）為1 440.874 9m，最長邊和最短邊的邊長中誤差為別為2.1mm和2.4mm，邊長相對中誤差分別為1／7 151 000和1／601 000，邊長相對中誤差均可滿足建立平面控制網(wǎng)的要求［6]。

2.2 GPS網(wǎng)空間平差成果的換算和投影

A礦地表移動觀測站GPS控制網(wǎng)經(jīng)空間無約束平差后，投影到高斯平面上的平面點位中誤差統(tǒng)計信息列入表3中。

表3 GPS網(wǎng)無約束平差投影到高斯平面上的點位中誤差統(tǒng)計表

從表3可以看出，GPS控制網(wǎng)經(jīng)過坐標(biāo)換算和投影后，仍然保留了其高精度的特點，且點位精度均勻，這就為GSP網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換提供了可靠的數(shù)據(jù)源。

2.3 GPS網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

GPS網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，通常是采用坐標(biāo)聯(lián)測來實現(xiàn)。所謂坐標(biāo)聯(lián)測，即采用GPS定位技術(shù)，重測部分地面網(wǎng)中的高等級國家控制點。A礦區(qū)GPS控制網(wǎng)測量中，有四個坐標(biāo)聯(lián)測點，即PESH（平峨山）、SZHX（蘇莊西）、PEK（潘二礦）、和PY5（南圩子）。這四個聯(lián)測點具有BJ－54坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

表4 GPS網(wǎng)在BJ－54坐標(biāo)系下的點位中誤差統(tǒng)計表

從表4中可以看出GPS網(wǎng)轉(zhuǎn)換到BJ－54坐標(biāo)系下后，在高斯平面上的最大點位誤差約為3.1 cm，平均約為2.5cm.可見GPS網(wǎng)轉(zhuǎn)換后的平面點位精度能夠滿足相應(yīng)等級的精度要求。

3 CORS參數(shù)計算及實地應(yīng)用

3.1 參數(shù)解算

CORS控制基準(zhǔn)網(wǎng)實測完畢，對于CORS參數(shù)的計算求取是非常重要的一項工作，它關(guān)系到今后日常觀測測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性，同時對測量數(shù)據(jù)的精度影響至關(guān)重要。

CORS系統(tǒng)是基于 WGS－84坐標(biāo)系建立起來的，通常利用CORS基準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)控制點的 WGS－84坐標(biāo)與BJ－54下的坐標(biāo)構(gòu)成觀測方程，按照最小二乘法解出布爾莎七個轉(zhuǎn)換參數(shù)。有了這些參數(shù)，就可將待測未知點進行換算，得出BJ－54坐標(biāo)或其他當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，如表5所示。

表5 布爾莎參數(shù)解算控制點列表

基于以上控制點坐標(biāo)，選用中海達HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包對參數(shù)進行解算，轉(zhuǎn)換時務(wù)必注意當(dāng)?shù)刂醒胱游缇€經(jīng)度、投影帶及選用的橢球等信息，經(jīng)解算，得出以下參數(shù)，見表6.

表6 布爾莎七參數(shù)

3.2 應(yīng)用

采用中海達公司GPS設(shè)備，在施測前，需對基準(zhǔn)站進行設(shè)置，包括選擇合適的橢球、坐標(biāo)系統(tǒng)，輸入基準(zhǔn)站位置及解算出的布爾莎參數(shù)等，其中基站位置是通過前期GPS控制網(wǎng)平差解得，最好輸入基準(zhǔn)站大地坐標(biāo)?；驹O(shè)置完成后則需要對流動站進行設(shè)置，設(shè)置步驟比較簡單，關(guān)鍵需保持電文差分格式與基準(zhǔn)站設(shè)置一致?；鶞?zhǔn)站與流動站是通過移動通訊方式進行連接，只需在基準(zhǔn)站和流動站GPS接收機上安裝上GIM卡即可，這樣就能保證流動站接受衛(wèi)星信號的同時，也在時時接受基準(zhǔn)站發(fā)來的差分信號。當(dāng)參數(shù)設(shè)置完成后，隨即選取礦區(qū)周圍分部比較均勻的4個控制點進行測量，然后與真值進行比較，如表7所示。

表7 實測坐標(biāo)差值及精度分析表

由表7可以得出，最大坐標(biāo)差值均不超過1.5 cm，平均坐標(biāo)差值為1.15cm，所測坐標(biāo)在X及Y方向上的中誤差不超過1.4cm，具有較高精度。

4 結(jié) 論

通過簡易CORS系統(tǒng)的建立及實踐應(yīng)用，此操作模式能保證其具有較高的精度，滿足相應(yīng)等級的作業(yè)要求。其最大優(yōu)點在于，操作簡單，能極大的節(jié)約建造CORS系統(tǒng)成本及測繪成本，特別適合中小測繪公司及中短周期測量采用［7]。不足之處在于，在此種作業(yè)模式下，還未對高程擬合功能進行加載，不過相應(yīng)的模型建立及高程擬合參數(shù)解算工作已經(jīng)完成，在經(jīng)過試驗后，將對此簡易CORS系統(tǒng)功能進行完善。

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