GPS-RTK在礦區(qū)測量中的實踐應用

張麗霞 何 苗

（山西省大同市同煤集團馬脊梁礦，山西 大同 037003）

隨著煤礦開采的深入，采空區(qū)的數(shù)量和面積進一步擴大，會造成礦區(qū)的巖體變形、地面塌陷、地表裂縫等地質(zhì)災害，必須加強對礦區(qū)地表沉降的監(jiān)測。同煤集團馬脊梁礦以往采用全站儀來對煤礦沉降問題進行監(jiān)測，但cm級精度的GPS-RTK測量也逐漸應用于煤礦沉降監(jiān)測之中，對比全站儀技術(shù)更具有優(yōu)勢。采用GPS-RTK與全站儀來對馬脊梁礦進行沉降監(jiān)測的工業(yè)試驗，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，結(jié)果表明GPS-RTK與全站儀二者數(shù)據(jù)具有一致性，GPS-RTK能夠用于煤礦沉陷監(jiān)測的應用中。

1 GPS-RTK技術(shù)觀測的理論精度分析

采用GPS-RTK進行煤礦沉降的監(jiān)測，平面精度為3+0.5ppm×D，最弱點在離參考站距離最遠處即走向線終點處，距離D=10km，則：

最弱點位誤差：

高程精度為5+0.5ppm×D，最弱點在距離參考站最遠的地方即走向線終點處，距離D =10km，于是：

最弱點高程誤差：

從最弱點位誤差和最弱點高程誤差可知，該精度均優(yōu)于全站儀測量、水準測量的精度。采用GPS-RTK技術(shù)對煤礦地面沉降進行監(jiān)測理論精度是可行的。

2 提高GPS-RTK進行沉降監(jiān)測精度措施

提高GPS - RTK進行沉降監(jiān)測的精度，一方面要提高GPS-RTK測量過程精度，另一方面是要提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理過程的精度。

2.1 提高GPS-RTK測量過程精度

在進行GPS-RTK測量前，對觀測歷元數(shù)量與測量精度之間的關(guān)系進行了大量試驗。試驗結(jié)果表明，隨著觀測歷元數(shù)的增加，GPS-RTK測量數(shù)據(jù)的精度在不斷提高。當觀測歷元個數(shù)為20個時是關(guān)鍵節(jié)點，此時測量精度尤為明顯，平面內(nèi)符合精度為5mm，高程內(nèi)符合精度為9mm。當觀測歷元個數(shù)達50個后，測量數(shù)據(jù)精度變化不大，處于較為平緩的狀態(tài)。綜合精度及測量效率等因素，本次GPS-RTK測試確定每測點觀測20個歷元。

2.2 提高觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的準確性

當前采用GPS-RTK技術(shù)測量獲得數(shù)據(jù)為WGS-84坐標系數(shù)據(jù)，必須要將其轉(zhuǎn)換為我國地質(zhì)測繪常用的西安80坐標系。采用不同的轉(zhuǎn)化方法所得到的數(shù)據(jù)精度是不同的，經(jīng)對比分析，本次測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用“七參數(shù)”轉(zhuǎn)化法?；谒捎玫墓颤c坐標誤差的存在，求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)隨即也會產(chǎn)生相應的影響誤差，因此必須確定精度高、分布均勻的公共點，從而提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度。

3 GPS-RTK的實測數(shù)據(jù)精度分析

3.1 測量區(qū)域的概況

本次主要是對馬脊梁礦的二、三采區(qū)進行測量，整個測量區(qū)域面積為18.5km2，測量區(qū)域內(nèi)以山地和丘陵為主。隨著馬脊梁礦二、三采區(qū)的進一步開采，井下采空區(qū)數(shù)量和面積不斷擴大，區(qū)域內(nèi)發(fā)生了一定程度的地面沉降和地面裂縫，這類地質(zhì)災害將會嚴重危害到該煤礦生產(chǎn)的安全，因此必須要對該礦二、三采區(qū)內(nèi)的地面沉降進行監(jiān)測。采用傳統(tǒng)全站儀技術(shù)進行監(jiān)測，在采集沉降數(shù)據(jù)的同時還將采用GPS-RTK新技術(shù)進行地面沉降監(jiān)測，對兩種不同的地面監(jiān)測技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)進行對比分析。

在設(shè)定的測量區(qū)域內(nèi)共確定13個點，分別為A01、A02、A03……A13，其中 A01和 A05為已知基準點，其余11個點為變形點。布置情況如圖1所示。

圖1 測量區(qū)域內(nèi)的檢測點布置圖

3.2 測量區(qū)域內(nèi)平面精度分析

為了檢驗GPS-RTK技術(shù)在煤礦地面沉降監(jiān)測中的精度，必須進行相應的測站點檢核措施。GPSRTK技術(shù)和全站儀所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)如表所示。

表1 坐標數(shù)據(jù)的對比分析

通過表2數(shù)據(jù)可知，各觀測點的坐標數(shù)據(jù)值高度一致，可以認定GPS-RTK技術(shù)進行監(jiān)測的平面精度高，可以用于地面沉降的監(jiān)測。

3.3 測量區(qū)域內(nèi)高程精度分析

高程值是煤礦地面沉降監(jiān)測的重點數(shù)據(jù)。采用GPS-RTK新技術(shù)進行地面沉降監(jiān)測采集到相應觀測值，同時將其與水準儀觀測所取得的高程值進行數(shù)據(jù)對比分析。數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可知，GPS-RTK技術(shù)與水準儀所監(jiān)測的高程值基本一致，高程差值在合理范圍內(nèi)。

基于測量區(qū)域內(nèi)的平面坐標精度分析和高程精度分析可知，GPS-RTK技術(shù)在該測量區(qū)域內(nèi)進行地面沉降監(jiān)測所采集的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)測量所采集的數(shù)據(jù)具有高度的一致性。從監(jiān)測數(shù)據(jù)精度上來講，GPSRTK技術(shù)可以大面積地應用于煤礦地面變形沉降的監(jiān)測中，可以實現(xiàn)對礦區(qū)地面變形的跟蹤監(jiān)測，提高監(jiān)測工作效率。

表2 高程值對比分析數(shù)據(jù)表

4 總結(jié)

理論分析和實測數(shù)據(jù)分析均表明GPS-RTK用于煤礦地面沉降監(jiān)測的精度是滿足觀測精度要求的。對比于傳統(tǒng)的全站儀監(jiān)測，GPS -RTK技術(shù)還具有以下優(yōu)點：

（1）CPS-RTK技術(shù)進行測量監(jiān)測采用實時動態(tài)測量技術(shù)，整體工作效率高。利用1臺流動站可完成多個變形觀測點的數(shù)據(jù)采集任務，大大縮短了傳統(tǒng)測量的工作時間。

（2）測量定位精度高。在采用GPS-RTK技術(shù)進行觀測時，要求公共點分布均勻，這一要求消除了測量的誤差積累，提高了地表變形參數(shù)測量的精度。

（3）測量的成本低。GPS-RTK技術(shù)測量時，觀測點與觀測點之間不要求通視，觀測點的數(shù)量大大減小，從而有效降低了測量的時間成本。

（4）測量操作簡便。GPS-RTK技術(shù)測量時，1個流動站只需要1名工作人員進行測量的操作，在對基準站設(shè)置后，設(shè)備可以自動運行并進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，比傳統(tǒng)測量節(jié)約多名工作人員。

總之，將GPS-RTK技術(shù)應用于煤礦地面沉降觀測之中是可行的，測量精度也達到要求。GPSRTK技術(shù)具有的簡便、快捷性為其推廣應用提供了基礎(chǔ)。