GNSS系統(tǒng)在礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四0八隊，湖南 郴州 423000）

對于地質(zhì)災(zāi)害防治來說，變形監(jiān)測是災(zāi)害預(yù)測預(yù)報信息獲取的一種可靠手段，將GNSS系統(tǒng)應(yīng)用在礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中，一方面是GNSS自動化監(jiān)測技術(shù)發(fā)展越來越滿足地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的需求；另一方面也是構(gòu)建自動化災(zāi)害監(jiān)測體系的必然需求，加強研究GNSS系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害變形監(jiān)測中的應(yīng)用是極為必要的。

1 礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的GNSS測量方法

GNSS即為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，是指以衛(wèi)星為載體對地面上的用戶進行定位導(dǎo)航的技術(shù)，其組成包括全球系統(tǒng)、區(qū)域系統(tǒng)和廣域增強系統(tǒng)三個部分。

GNSS系統(tǒng)的定位原理為：利用衛(wèi)星提供的已知空間坐標(biāo)，基于測距交會原理對地面上的物體的三維坐標(biāo)進行測定；GNSS系統(tǒng)的測量過程中均是在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下實施的。

在礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中應(yīng)用GNSS系統(tǒng)時，由于受到區(qū)域環(huán)境等因素影響，通常采用差分技術(shù)來確保系統(tǒng)的監(jiān)測精度，具體操作方式為：在不受地質(zhì)災(zāi)害影響的范圍內(nèi)布設(shè)1臺GNSS接收機，在易發(fā)災(zāi)害區(qū)布設(shè)若干個監(jiān)測站，利用差分技術(shù)對觀測測量獲取的數(shù)據(jù)進行處理，這種操作可有效提高監(jiān)測精度。

2 實例分析GNSS系統(tǒng)在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 GNSS監(jiān)測網(wǎng)點布設(shè)分析

針對大范圍的礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，有必要建立GNSS基準(zhǔn)網(wǎng)，且基準(zhǔn)網(wǎng)需與待檢測區(qū)地理范圍相適應(yīng)；對于規(guī)模較小的常見礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，由于單個基準(zhǔn)點就可以提供較高的監(jiān)測精度，考慮到成本費用，通常采用布設(shè)獨立基準(zhǔn)點的方式，無需構(gòu)建GNSS基準(zhǔn)網(wǎng)；在布設(shè)基準(zhǔn)點時，應(yīng)綜合考慮基準(zhǔn)點穩(wěn)定性和消除相關(guān)性誤差這兩個方面；在選點工作中，盡可能遠離會對點位造成強干擾的位置等。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，在設(shè)計圖坡體后緣和中部有裂縫帶，選擇采空區(qū)易發(fā)生裂縫處SP01處設(shè)置一套遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)主機點SP01，在坡體中部設(shè)置一套GNSS接收機GN01；另外在坡體后緣和中部設(shè)置三套裂縫計LF01-LF03和一套激光測距儀JG01，組建一套自動監(jiān)測系統(tǒng)（圖1）。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)示意圖

2.2 監(jiān)測精度

地表位移監(jiān)測的平面位移監(jiān)測精度按照《建筑變形測量規(guī)范》所列二等精度指標(biāo)施測，具體精度指標(biāo)見表如下：

沉降監(jiān)測點 位移觀測 適用范圍測站高差中誤差（mm） 坐標(biāo)中誤差（mm）≤±0.5 ≤±3.0 重要場地監(jiān)測

根據(jù)規(guī)范要求，GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的精度情況如下表：

序號 監(jiān)測項目 監(jiān)測儀器 系統(tǒng)精度1 GNSS監(jiān)測 固定GNSS接收機水 平：±（2.5 mm + 0.5mm/km×d）;高 程：±（2.5 mm +0.5mm/km×d）2 滑坡表面位移監(jiān)測 滑坡裂縫計 ±0.2mm 3 激光測距監(jiān)測 激光測距儀 ±1.5mm 4 視頻監(jiān)控 視頻一體機 焦距16mm

3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測GNSS測量模式和精度提高措施

3.1 GNSS測量模式選擇的原則

GNSS測量模式主要分為靜態(tài)測量模式和動態(tài)測量模式，這兩種測量模式的區(qū)別在于觀測時長和測量精度，在礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測中應(yīng)綜合考慮觀測時長和測量精度的影響，確保選擇的測量模式能更好的適應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測過程。

在選擇測量模式時應(yīng)堅持以下原則：①在初始階段，由于地質(zhì)變形速率較低，可考慮選擇靜態(tài)測量模式，但在測量過程中應(yīng)減少監(jiān)測時長、增加觀測頻率；②勻速變形階段，變性速率低且穩(wěn)定，宜采用GNSS靜態(tài)相對定位模式，并在測量過程中增加觀測時長、減少監(jiān)測頻率；③在進入加速變形階段后，變形速率大，動態(tài)測量模式因其較高的監(jiān)測頻率和較短的監(jiān)測時間，更適用于加速變形階段。

3.2 提高采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害GNSS測量精度的措施

3.2.1 星歷誤差

星歷誤差主要是指衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星實際位置的差異值，影響誤差的因素包括地面控制站的定軌質(zhì)量、分布及數(shù)量等。在礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的過程中，為了進一步滿足監(jiān)測精度，通常采用精密星歷，其可為幾千米甚至達到10km的基線提供亞毫米級的測量精度。

3.2.2 電離層

GNSS信號從衛(wèi)星發(fā)射到接收機接收的過程中，信號傳播速率通常會受到電離層折射率的影響而發(fā)生變化，通常將衛(wèi)星到接收機的距離記為光速和傳播時間的乘積，以減少電離層折射誤差的出現(xiàn)。

3.2.3 多路徑效應(yīng)

常見的GNSS定位誤差包括接收機天線的對中誤差和多路徑效應(yīng)誤差，一般采用在觀測墩上安裝強制對中盤的措施來控制接收機天線對中誤差，且基本能將該誤差控制在1mm～3mm。

若接收機位于一些地域條件較差的區(qū)域時，多路徑誤差可達到19cm左右，而這一現(xiàn)象直接與接收機性能所處環(huán)境下地物對衛(wèi)星信號的反射系數(shù)相關(guān)。

通過情況下，在衛(wèi)星信號頻率固定的情況下，礦區(qū)周邊自然環(huán)境對衛(wèi)星信號反射能力較弱，而水面對衛(wèi)星信號具有較強的反射作用，基本不會造成能量損失，測量精度有所保障。

4 結(jié)語

從全文的分析內(nèi)容可總結(jié)出以下幾點：①GNSS技術(shù)可在地形復(fù)雜、遮蓋物較多的地區(qū)充分發(fā)揮優(yōu)勢，觀測精度高；②選擇適宜的測量模式，可將礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征全面反映出來，測量布設(shè)數(shù)量可結(jié)合地質(zhì)變形特征適當(dāng)減少，以提高作業(yè)效率；③在地質(zhì)災(zāi)害變形情況不明的條件下，應(yīng)展開應(yīng)急變形監(jiān)測作業(yè)。將GNSS技術(shù)應(yīng)用到礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中，對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防預(yù)報、減少經(jīng)濟損失等具有重要意義和作用，可在地質(zhì)災(zāi)害和工程實際中予以推廣應(yīng)用。

[1]張超，戴吾蛟，石強，等.單雙頻混合GNSS變形監(jiān)測系統(tǒng)中單頻點電離層誤差改正[J].大地測量與地球動力學(xué)，2016，36（5）：425-429.

[2]胡曉，高偉，李本玉.GNSS導(dǎo)航定位技術(shù)的研究綜述與分析[J].全球定位系統(tǒng)，2009，34(3).