GPS-RTK技術(shù)在礦山土方量精確測定中的應(yīng)用實(shí)踐

王樹亮

（山西晉煤集團(tuán)寺河礦，山西 晉城 048205）

山西晉煤集團(tuán)寺河煤礦位于山西省晉城市，礦井采用“一礦兩井”生產(chǎn)模式，東井區(qū)為高瓦斯礦井，核定安全生產(chǎn)能力800萬t/a；西井區(qū)為煤與瓦斯突出礦井，核定安全生產(chǎn)能力400萬t/a。由于原煤年產(chǎn)量大，同時(shí)受到運(yùn)輸、市場需求、煤質(zhì)、價(jià)格等多方面的影響，造成寺河煤礦煤炭積壓形成煤山。為保證煤礦能夠及時(shí)對煤炭進(jìn)行檢核，從而制定合理有效生產(chǎn)計(jì)劃、確定營銷方案，需對煤山土方量進(jìn)行測量計(jì)算。寺河礦采用傳統(tǒng)全站儀碎步測量法對煤山土方量進(jìn)行測量，采用該方法不僅工作量大、安全性差、費(fèi)用高，而且測量的精度相對較低，嚴(yán)重地影響礦山的生產(chǎn)、經(jīng)營與管理。寺河煤礦地測科通過研究，決定采用GPS-RTK技術(shù)對煤山土方量進(jìn)行測量，力求保證土方量計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確無誤。

1 GPS-RTK技術(shù)對土方量進(jìn)行測量的工作原理

GPS-RTK技術(shù)對煤山土方量進(jìn)行測量主要是利用在測區(qū)內(nèi)安置若干臺GPS接收機(jī)，然后對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)的觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動觀測站。GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示流動站的三維坐標(biāo)及其精度。最后將數(shù)據(jù)上傳至電腦，利用專業(yè)的土方軟件進(jìn)行計(jì)算，從而得出土方量。

2 寺河礦煤山土方量測量方法研究

在寺河礦煤山土方量測量中采用PENTAX smart-8800GPS接收機(jī)，smart+集成了GPS主機(jī)、天線、電源、RTK數(shù)據(jù)鏈電臺，并利用藍(lán)牙技術(shù)在接收機(jī)主機(jī)和手簿之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.1 前期準(zhǔn)備

根據(jù)寺河礦煤山附近實(shí)際情況在其土質(zhì)堅(jiān)硬地方選5個(gè)控制點(diǎn)，采用插點(diǎn)方式利用GPS靜態(tài)E級網(wǎng)測出5個(gè)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，采用四等水準(zhǔn)測量的方法測出5個(gè)控制點(diǎn)的高程，并與附近水準(zhǔn)點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)聯(lián)測，進(jìn)行平差處理計(jì)算。根據(jù)煤山實(shí)際情況，沿東西方向每隔10m劃分一條測線，共14條，然后在電子圖上量取各條線的起始坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，制作成電子表格，供外業(yè)查詢和檢核使用，如表1所示。

表1 部分測線起始坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2 現(xiàn)場測量

（1）在現(xiàn)場測量中共計(jì)配備3臺GPS接收機(jī)到現(xiàn)場，1臺接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，其余2臺接收機(jī)作為移動站。利用測區(qū)輻射范圍最廣的地方架設(shè)基準(zhǔn)站、天線，開啟電源與基站，搜索信號。

（2）連接基站和移動站及相關(guān)設(shè)置：a.開始→設(shè)置→連接→藍(lán)牙→設(shè)備→添加新設(shè)備→選擇搜索到的設(shè)備并連接（先連接基站，再連移動站，密碼1234）→串行端口打鉤→完成；b.COM端口設(shè)置→新建發(fā)送端口（基站與移動站都選“發(fā)送端口”，基站COM8，移動站COM9）→OK；c.基站參數(shù)與移動站參數(shù)設(shè)置：資源管理器→Smart-RTKRoad→GPS→連接GPS→

（3）新建項(xiàng)目及坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)置：新建工程項(xiàng)目→坐標(biāo)系→保存參數(shù)→坐標(biāo)系統(tǒng)→參數(shù)計(jì)算→添加→源點(diǎn)坐標(biāo)→保存再照上述步驟添加一個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)用于校正→解算→運(yùn)用→保存。如果利用已計(jì)算好的布爾莎七參數(shù)（△X，△Y，△Z，εx，εy，εz，k），只需在一個(gè)控制點(diǎn)上校正，在另一個(gè)點(diǎn)上檢核，而且覆蓋范圍更廣，精度更高。

（4）待參數(shù)全部設(shè)置完畢返回界面即可進(jìn)行測量，在測量中選擇放樣菜單中的線放線模式，選擇“兩點(diǎn)定線”方式點(diǎn)擊點(diǎn)庫，從點(diǎn)庫中提取兩個(gè)點(diǎn)（起點(diǎn)、終點(diǎn)）的坐標(biāo)，輸入起點(diǎn)里程（0）和里程增量（10m）進(jìn)行放樣，放樣完以后選擇自動記錄采取點(diǎn)三維坐標(biāo)，從每條線的起點(diǎn)開始，設(shè)置好自動記錄的參數(shù)進(jìn)入自動采集數(shù)據(jù)模式，當(dāng)該測線測完后，進(jìn)行下一條測線的測量采集數(shù)據(jù)。

2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以及煤量的計(jì)算

外業(yè)完成以后，利用數(shù)據(jù)線和Microsoft Activesync軟件將數(shù)據(jù)上傳，選擇CASS適用的數(shù)據(jù)格式在CASS7.0中通過定顯示區(qū)和展點(diǎn)進(jìn)行必要的編輯，根據(jù)實(shí)地測定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和平均標(biāo)高通過DTM模型生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)土石方量（煤山煤量）的計(jì)算，從而得出計(jì)算結(jié)果，如圖1所示。

圖1 GPS-RTK技術(shù)在寺河礦煤山土方量測量中施工平面圖及測量結(jié)果匯總

3 GPS-RTK技術(shù)在煤山土方量測量中的優(yōu)點(diǎn)

（1）GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行土方量測量只需三人即可完成，與傳統(tǒng)全站儀測量相比，大大降低了勞動強(qiáng)度，減少了勞動成本費(fèi)用。

（2）傳統(tǒng)全站儀測量經(jīng)常出現(xiàn)視線阻礙現(xiàn)象，而GPS-RTK測量技術(shù)不受空間位置限制，徹底解決了全站儀不通視需多次轉(zhuǎn)站的難題，同時(shí)GPSRTK測量方法可全天候作業(yè)，大大提高了野外工程測量的效率。

（3）寺河礦采用GPS-RTK技術(shù)三角網(wǎng)法進(jìn)行測量與方格網(wǎng)法相比，無需將外業(yè)放樣到實(shí)地進(jìn)行采集三維坐標(biāo)，大大提高了工作效率。

（4）采用該方法進(jìn)行煤山土方量測量施工周期短、操作方便，而且測量數(shù)據(jù)精度高。

4 結(jié)束語

山西晉煤集團(tuán)寺河礦地測科通過研究采用GPSRTK技術(shù)進(jìn)行煤山土方量精確測量，徹底解決了傳統(tǒng)全站儀碎步測量造成的工作周期長、測量難度大、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度底等難題，該測量方法在煤山測量中應(yīng)用，能夠迅速準(zhǔn)確測定出煤山儲煤量，為礦領(lǐng)導(dǎo)合理安排生產(chǎn)布局和完成全年的各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)提供準(zhǔn)確科學(xué)依據(jù)，取得了顯著成效。