柴文彥
(陽(yáng)煤集團(tuán)安澤登茂通煤業(yè)有限公司, 山西 陽(yáng)泉 045000)
在實(shí)際的測(cè)量工作進(jìn)行中,地面控制系統(tǒng)會(huì)存在不同程度的破壞。而破壞之后的測(cè)量系統(tǒng)很難滿足礦區(qū)的測(cè)量精度要求,同時(shí)井田范圍內(nèi)的地形地貌也發(fā)生了較大程度的變化。為有效保證測(cè)量工作的高效精確的進(jìn)行,需要對(duì)礦井的出壓煤量做出較為準(zhǔn)確的計(jì)算?;诖斯こ态F(xiàn)狀,某煤礦對(duì)其礦井的平面控制網(wǎng)進(jìn)行了重新的布置,對(duì)井田的地形圖按照1∶3000的比例進(jìn)行了重新測(cè)量。由于陀螺經(jīng)緯儀在測(cè)量過(guò)程中不會(huì)受到地球磁場(chǎng)及外部氣候環(huán)境的影響,因此可以根據(jù)實(shí)際需要確定目標(biāo)的位置,同時(shí)借助陀螺經(jīng)緯儀對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了偏心觀測(cè)。
雙頻RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站及通訊系統(tǒng)組成[1]?;鶞?zhǔn)站主要包含數(shù)據(jù)發(fā)射臺(tái)、雙頻接收器、電源、GPS天線、電臺(tái)天線及支架等部分。移動(dòng)站主要包含電臺(tái)天線、GPS天線、雙頻接收器、數(shù)字信號(hào)接收器及電源、支架等組成,同時(shí)還包含多RTK收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)掌上控制器進(jìn)行分析匯總,同時(shí)還包含對(duì)中桿等附屬裝置。
RTK測(cè)量系統(tǒng)是一種以載波相位為測(cè)量依據(jù)的GPS測(cè)量技術(shù),它的測(cè)量過(guò)程屬于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量[2]?;竟ぷ髟頌椋夯鶞?zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號(hào)(包括測(cè)量偽距及載波相位測(cè)量值)和基準(zhǔn)站的基本信息(包括基準(zhǔn)站的坐標(biāo),GPS天線高度等)都通過(guò)RTK測(cè)量系統(tǒng)傳送到移動(dòng)站,移動(dòng)站不僅需要接收衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù),同時(shí)還需要接收基準(zhǔn)站傳送的數(shù)據(jù)。當(dāng)移動(dòng)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化操作之后,可以將其接收的數(shù)據(jù)信息傳送至電腦的信息控制器內(nèi)進(jìn)行后續(xù)操作。收集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)求解,得出兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過(guò)兩個(gè)站上的GPS觀測(cè)值用on the fly算法計(jì)算載波的整周模糊度,再由一定的相對(duì)定位數(shù)學(xué)模型計(jì)算出移動(dòng)站所在點(diǎn)的精確坐標(biāo)及各種精度指標(biāo)。此項(xiàng)操作對(duì)于接收器有較高的要求,通常情況下RTK系統(tǒng)的測(cè)量精度可以精確到厘米級(jí)。
由于GPS衛(wèi)星發(fā)射器位于距離地表約為兩萬(wàn)公里的高空中,因此,衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)會(huì)受到大氣中對(duì)流層及電離層的干擾[3]。最終導(dǎo)致地面基準(zhǔn)站接收到的信號(hào)僅有50~180 dB。如果需要在發(fā)射的無(wú)線電波中尋找到需要的GPS信號(hào)數(shù)據(jù),需要保證基準(zhǔn)站遠(yuǎn)離容易產(chǎn)生電磁干擾的電子設(shè)備,常見(jiàn)的干擾設(shè)備包括電視臺(tái)、微波站、變電站及信號(hào)發(fā)射塔等無(wú)線電子設(shè)備。此外,當(dāng)基準(zhǔn)站周圍存在較多反射物時(shí)也會(huì)對(duì)測(cè)量的精度產(chǎn)生影響。
根據(jù)測(cè)量地區(qū)的相關(guān)地質(zhì)資料,測(cè)量范圍內(nèi)共設(shè)置五個(gè)平面控制點(diǎn),經(jīng)過(guò)實(shí)地勘查后結(jié)果證明五個(gè)平面控制點(diǎn)均能夠滿足測(cè)量精度的需求。五個(gè)測(cè)點(diǎn)中除水塔點(diǎn)以外都設(shè)置有雙層鐵質(zhì)標(biāo)架,為GPS測(cè)量造成了極大的困擾。其中,卜村測(cè)點(diǎn)附近由于存在居民建筑物遮擋,給測(cè)量工作帶來(lái)了極大的困擾,而昭慶測(cè)點(diǎn)由于距離測(cè)量位置較遠(yuǎn),因此設(shè)置其余三個(gè)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站。各基準(zhǔn)站的控制點(diǎn)建立如下頁(yè)圖1所示。
如圖1所示,在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)共設(shè)置26基本測(cè)點(diǎn),其中包含3個(gè)高級(jí)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)此礦的測(cè)量區(qū)域要求及后期的繪圖精度要求,需要對(duì)第一層的平面布置網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行布設(shè)。根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的設(shè)置情況,測(cè)點(diǎn)有些位于礦井附近的稻田及公路上,有些位于居民建筑物上。由于礦井的平面布置網(wǎng)屬于D級(jí)平面網(wǎng),根據(jù)測(cè)量規(guī)程規(guī)定,測(cè)點(diǎn)的澆筑可以采用混凝土澆灌模式,測(cè)點(diǎn)的基地為普通的標(biāo)石。
圖1 測(cè)量目標(biāo)礦GPS控制網(wǎng)圖
已有的GPS測(cè)量結(jié)果是基于WGS-84體系下的,但目前關(guān)于測(cè)量數(shù)據(jù)的精度要求需要依據(jù)Beijing-54或測(cè)量區(qū)域當(dāng)?shù)氐臏y(cè)量標(biāo)準(zhǔn),因此,測(cè)量需要根據(jù)測(cè)量地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況及相關(guān)的測(cè)量規(guī)范進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換工作。在靜態(tài)測(cè)量條件下,大多數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換需要在后臺(tái)進(jìn)行,但RTK的測(cè)量方法屬于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),在測(cè)量過(guò)程中需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際坐標(biāo)情況調(diào)整控制器上預(yù)先配置的軟件處理系統(tǒng),這一系統(tǒng)可以將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為用戶最終需要的測(cè)量結(jié)果。
測(cè)量區(qū)域面積(S)為7.5 km2,選定的測(cè)區(qū)位于第6區(qū)域內(nèi)的第20帶,此區(qū)域的中央子午線為117°,平均橫坐標(biāo)值(Xq)為6.5 km,整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地面標(biāo)高(H)為35 m。依據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)計(jì)算投影長(zhǎng)度的變形值,具體計(jì)算方法為:δ=(0.001 23Xq-此測(cè)量值不在±2.5的范圍內(nèi),小于目前《城市測(cè)量規(guī)范》中的規(guī)定值。由此,本文選用的測(cè)區(qū)選擇的坐標(biāo)系類型為高斯正形平面直角坐標(biāo)系,子午線位置的選擇仍為117°,水平投影選擇的投影平面為黃海的平均海平面。
在進(jìn)行野外測(cè)量時(shí)需要選用6臺(tái)GPS測(cè)量?jī)x同時(shí)進(jìn)行測(cè)量工作,觀測(cè)的方式以同步觀測(cè)為主、異步觀測(cè)為輔,整體的測(cè)量選擇動(dòng)態(tài)的測(cè)量方式。由于測(cè)量工作需要分時(shí)段測(cè)量,每次測(cè)量的時(shí)間間隔基本在50 min左右,在完成規(guī)定測(cè)量任務(wù)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)保證某些邊界存在重復(fù)測(cè)量的情況,測(cè)量的限差及精度都應(yīng)當(dāng)滿足國(guó)家相關(guān)測(cè)量規(guī)定的要求。在本次測(cè)量過(guò)程中,相關(guān)參數(shù)的測(cè)量要求如表1所示。
在測(cè)量過(guò)程中,由于位于官口及后邵的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)處都安裝有鐵質(zhì)的雙層標(biāo)架,導(dǎo)致架設(shè)GPS進(jìn)行觀測(cè)時(shí)存在較大的困難。由此,在進(jìn)行GPS觀測(cè)工作時(shí),需要依托經(jīng)緯儀采取偏心觀測(cè)的觀測(cè)方法,將觀測(cè)的距離控制在4 050 m之間,利用高精度測(cè)量?jī)x對(duì)兩點(diǎn)之間的距離進(jìn)行精確測(cè)量,從而得出對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。
表1 控制網(wǎng)施測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求
為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,在測(cè)量工作開(kāi)始前,首先需要根據(jù)測(cè)量的計(jì)劃編制對(duì)應(yīng)的測(cè)量計(jì)劃表,在測(cè)量前預(yù)先對(duì)用于測(cè)量工作的GPS進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控。同時(shí),在測(cè)量的過(guò)程中需要根據(jù)觀測(cè)前確定的觀測(cè)時(shí)間間隔進(jìn)行同步觀測(cè),信號(hào)接收器需要在每一次觀測(cè)工作開(kāi)始前完成設(shè)備的靜置及預(yù)熱處理。每次測(cè)量結(jié)束后需要按照預(yù)先設(shè)置的測(cè)量規(guī)定完成各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄工作,同時(shí)在測(cè)量過(guò)程中及時(shí)對(duì)測(cè)量設(shè)備的穩(wěn)定情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在每時(shí)段完成測(cè)量工作之后需要對(duì)天線高度分別測(cè)量,保證兩次天線測(cè)量的高度差在3 mm以內(nèi),數(shù)據(jù)處理時(shí)選擇兩次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為天線的高度值。
根據(jù)測(cè)量區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件設(shè)定的平面控制網(wǎng)系統(tǒng)共包含基線82條,其中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的基線長(zhǎng)度可以達(dá)到9 300 m,最短的基線長(zhǎng)度僅為135 m,整個(gè)平面控制系統(tǒng)內(nèi)的基線平均長(zhǎng)度為1 530 m,各基線之間相互交匯共形成75個(gè)閉合的環(huán)狀測(cè)量區(qū)域。各閉合圈中最大的閉合差為2.7×10-6,最小閉合差為0.05×10-6,各點(diǎn)之間的均方差最大值可達(dá)0.063 m,最小均方差值0.062 m。通過(guò)對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總后可知處理之后二維平差的最大精確度可達(dá)到1/58 363,最小的精確度可以達(dá)到1/1 113 172 153,這些測(cè)量值都能夠滿足測(cè)量規(guī)范要求。測(cè)量過(guò)程中對(duì)高程值的處理主要為二次曲面擬合,但由于通過(guò)GPS測(cè)量得到的高程值精度較低,同時(shí)測(cè)量區(qū)域存在高程異常的情況,因此,此次測(cè)量工作得到的高程值不能作為施工指導(dǎo)數(shù)據(jù),僅能作為參考。
1)在測(cè)量過(guò)程中將雙頻RTK系統(tǒng)于高精度陀螺經(jīng)緯儀結(jié)合進(jìn)行測(cè)量工作,通過(guò)高精度經(jīng)緯儀的測(cè)量有效解決了測(cè)量過(guò)程中的偏心問(wèn)題及已知基站數(shù)據(jù)不完善等問(wèn)題,有效提高了測(cè)量的精度及測(cè)量效率。
2)GPS測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量效率高、自動(dòng)化程度高、測(cè)量精度高及工作時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn),同時(shí)在測(cè)量的過(guò)程中不會(huì)被外部環(huán)境因素及測(cè)量區(qū)域內(nèi)的障礙物干擾。有效節(jié)省了野外測(cè)量的工作時(shí)間,同時(shí)配備有專用的數(shù)據(jù)處理軟件,在提高測(cè)量精度的同時(shí)有效增加測(cè)量的效率。