CORS-RTK在煤礦巖移觀測中應(yīng)用研究

牛文瓊

（同煤集團晉華宮礦地質(zhì)測量科，山西 大同 037001）

1 工程概況

晉華宮礦位于山西省大同市西12.6km處，居大同煤田東北端，晉華宮礦隸屬于大同煤集團有限責(zé)任公司。該礦從1956年建成投產(chǎn)，至今已有60多年的開采歷史，設(shè)計生產(chǎn)能力450萬t/a。采煤方法為綜采工藝，綜采走向全部垮落法管理頂板。晉華宮礦307盤區(qū)位于礦區(qū)的西北部，周邊被小煤窯破壞嚴(yán)重。307盤區(qū)巖移參數(shù)還是來源于20多年前的測量數(shù)據(jù)，為掌握該盤區(qū)地表移動與變形的關(guān)系，必須要建立307盤區(qū)8702工作面地表移動觀測站對地表移動觀測。傳統(tǒng)觀測方法存在時效性差、工作效率低等缺點，將CORS-RTK技術(shù)引入煤礦地表移動觀測中來，可以有效地提高測量精度和工作的效率。

2 CORS-RTK技術(shù)分析

常規(guī)RTK技術(shù)在大區(qū)域范圍內(nèi)厘米級和精度均勻性等方面存在一定的缺陷，CORS-RTK技術(shù)是基于計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)，系統(tǒng)主要是由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通訊鏈路和用戶部分組成，是一種可以有效實現(xiàn)實時動態(tài)定位的新技術(shù)。當(dāng)前煤礦CORS平臺及其協(xié)同災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用已在各大煤礦進行了實踐應(yīng)用，有效實現(xiàn)了礦區(qū)地表動態(tài)變化過程中的監(jiān)測要求。

CORS-RTK技術(shù)是利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)。在測量區(qū)域內(nèi)布置多個連續(xù)運行參考站，利用計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行網(wǎng)狀覆蓋，可以提供高精度實時定位信息的要求。工作流程示意圖如圖1所示。

圖1 CORS工作流程示意圖

CORS-RTK技術(shù)可以實時提供高精度的定位，而對基準(zhǔn)站的距離沒有要求。該技術(shù)簡化了傳統(tǒng)RTK技術(shù)對測區(qū)控制的要求，特別適用于地形復(fù)雜、控制點稀少、采用傳統(tǒng)方法無法進行有效形變監(jiān)測的礦區(qū)。

3 晉華宮礦CORS-RTK技術(shù)的實踐應(yīng)用

3.1 8702工作面地表移動觀測站的建設(shè)方案分析

晉華宮礦11#層307盤區(qū)8702工作面回采引起的地表移動將會對經(jīng)過該區(qū)域的公路、河流、地面建筑物產(chǎn)生影響，必須建立地表移動觀測站進行檢測。307盤區(qū)內(nèi)地形平坦，地面標(biāo)高一般在+22.4～+23.4m，對應(yīng)地面主要是村莊、農(nóng)田，沒有大型建筑及重要設(shè)施，符合CORS-RTK技術(shù)操作規(guī)范。

根據(jù)8702工作面的實況，走向觀測控制點布置在不受工作面采動影響范圍外60m處的兩端，在兩端各布置三個走向控制點，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6，共有監(jiān)測點60個。在兩條傾向觀測線兩端各布置三個傾向控制點，分別為B1、B2、B3、B4、B5、B6，共有監(jiān)測點70個。 8702工作面地表移動觀測站有走向控制點6個，監(jiān)測點60個。對測量控制點選點埋石作業(yè)后，進行連接測量和全面觀測。

觀測站控制點測量比較方案：

測量設(shè)備：徠卡GPS GS14參考站接收機2臺；控制點時應(yīng)用腳架對中來代替對中桿實時動態(tài)定位；將接收機布置在8702工作面地表移動觀測線已知控制點上架；每個站觀測時間分別3min、5min、10min，獨立觀測次數(shù)為14次。采用已知點坐標(biāo)與COBS-RTK技術(shù)觀測結(jié)果進行較差分析，可得圖1、2、3所示點位誤差結(jié)果。

以控制點已知平面坐標(biāo)和高程作為參考，取其中一點（已知坐標(biāo)為X：30204.759，Y：3068.474，Z：25.672143）為例，其COBS-RTK作業(yè)模式的平面成果與已知坐標(biāo)較差如圖2、圖3、圖4所示。

從圖2、圖3、圖4所示的平面點位誤差示意圖可得，采用COBS-RTK進行平面坐標(biāo)測量的點位較差數(shù)據(jù)情況分析，該COBS-RTK技術(shù)的定位精準(zhǔn)度較高，控制在2cm內(nèi)。從觀測時間來看，觀測5min和10min時，點位誤差較為平滑，可以取兩者的平均值，從而提高定位精準(zhǔn)度。從8702工作面地表移動觀測的實際情況出發(fā)，確定COBS RTK技術(shù)觀測的時間為5min，觀測次數(shù)2次，取平均值為定位結(jié)果。

圖2 3min觀測時平面點位誤差示意圖

圖3 5min觀測時平面點位誤差示意圖

圖4 10min觀測時平面點位誤差示意圖

對高程成果進行對比分析可知，COBS-RTK高程數(shù)據(jù)與實際高程較差部分很小?？紤]到COBSRTK高程數(shù)據(jù)可能受大氣層干擾及多路徑效應(yīng)誤差影響，因此針對觀測站控制點高程連接測量采用三等水準(zhǔn)觀測，全面觀測采取四等水準(zhǔn)。

3.2 移動監(jiān)測

在采用CROS-RTK全面施測過程中，觀測次數(shù)為2次，設(shè)置采樣率為1s，每次觀測時間為10s，并采用支架進行穩(wěn)定支護。在通視良好、望遠鏡成像清晰及穩(wěn)定的情況下采用四等水準(zhǔn)測量方法進行水準(zhǔn)觀測。CORS-GPS擬合高程與水準(zhǔn)測量高程較差為2～10mm之間，滿足四等水準(zhǔn)的精度要求。

針對8702工作面的觀測工作共完成了2次連接測量和4次全面觀測，對130個觀測點的數(shù)據(jù)進行整理并進行數(shù)據(jù)處理。

3.3 數(shù)據(jù)處理分析

將6期130個觀測點的測量成果進行收集整理，H方向測量標(biāo)準(zhǔn)差最大為2.6mm，最小為0.2mm，點位中誤差情況如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)可知，采用CROS-RTK技術(shù)進行地表巖移觀測的數(shù)據(jù)精度滿足測量要求，從平面點位中誤差情況可知，誤差分布均勻、穩(wěn)定。

表1 平面點位中誤差情況表

4 結(jié)語

從8702工作面CORS-RTK技術(shù)地表巖移觀測的實踐分析可知，CORS RTK技術(shù)可以實現(xiàn)對地表巖移的快速準(zhǔn)確觀測，測點平面位置精度達厘米，滿足晉華宮礦測量控制點的精度要求；CORS RTK技術(shù)測量過程操作簡便，工作效率較高；COBSRTK擬合高程測量精度達到四等水準(zhǔn)測量精度要求，滿足該礦地表沉降觀測的要求。