GPS變形監(jiān)測技術在礦山測量中的應用研究

摘 要：隨著我國城市現(xiàn)代化建設進程的逐步推進，各行各業(yè)對礦產資源的需求量越來越大，開展地下開礦活動，不僅會在一定程度上改變原有的礦山地質環(huán)境，還會進一步影響地表的穩(wěn)定性，而利用GPS測量技術能夠對礦山地表位移與沉降進行有效的監(jiān)測，準確地對地面點平面位移量及垂直位移的測量。文章通過論述GPS變形監(jiān)測技術的內涵，分析了GPS變形監(jiān)測技術在實際項目中的的應用，以期為GPS變形監(jiān)測技術在礦山測量的應用提供參考。

關鍵詞：GPS;變形監(jiān)測;礦山測量

0 引言

地表變形監(jiān)測可以有效地預防災害的發(fā)生。隨著社會對變形監(jiān)測技術需求的增加，傳統(tǒng)的地表變形監(jiān)測技術已不能滿足社會發(fā)展需求，而GPS作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術，具有監(jiān)測速度快、準確度高、適應性強等優(yōu)點，被廣泛應用于變形監(jiān)測中。隨著GPS變形監(jiān)測技術在各個領域的應用，GPS變形監(jiān)測技術正朝著多學科交叉的方向發(fā)展，監(jiān)測對象涉及到地表變形、高層建筑、礦山、公路等結構工程。同時隨著測繪、遙感、GIS等技術水平的提升，GPS變形監(jiān)測技術逐漸融合了RS與GIS技術，多技術的不斷融合發(fā)展，極大地提高了GPS變形監(jiān)測的準確性與快捷性。因此，對GPS變形監(jiān)測技術的應用進行探討具有重要的現(xiàn)實意義。

1 GPS變形監(jiān)測技術概述

1.1 GPS 變形監(jiān)測模式

GPS變形監(jiān)測模式包括周期性監(jiān)測模式和連續(xù)監(jiān)測模式。周期監(jiān)測模式是指那些變形速度慢，只在局部空間內進行GPS變形監(jiān)測的小變形體變形監(jiān)測。監(jiān)測周期為月、年等，在同一測量點的相對位置確定測量情況。實際上，通常在觀察點設置兩個或多個GPS接收器，并進行一段時間的觀察，然后，通過軟件進行基線計算，把三維坐標（X0，Y0，Z0）作為變形監(jiān)測的參考標準，并利用上述方法進行不規(guī)則復驗，得到第i次的結果坐標（Xi，Yi，Zi），然后根據(jù)所獲得的三維坐標差，以獲得監(jiān)測點的變形量。連續(xù)監(jiān)測模式是指使用固定的儀器設備進行長期變形監(jiān)測，通過獲取連續(xù)監(jiān)測信息數(shù)據(jù)獲得高分辨率監(jiān)測信息，從而獲得連續(xù)監(jiān)測信息。比如，在對大橋在非均勻荷載情況下的快速變形進行監(jiān)測時，一般采用連續(xù)性監(jiān)測，由于該種形式的監(jiān)測密度較高（每秒鐘即可采樣一次），因此能夠對每一個歷元的位置進行計算。此外，如對大壩水位變化情況的監(jiān)測、高層建筑振動測量等都需要用到GPS變形測量。就目前GPS變形監(jiān)測技術的應用來看，GPS連續(xù)性監(jiān)測可以采用靜態(tài)與動態(tài)相對定位兩種處理法觀測，監(jiān)測精度最高可達亞毫米級。

1.2 GPS 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

GPS變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理主要是監(jiān)測網(wǎng)絡的計算和調整。GPS參考基線解算主要使用BERNESE軟件和GAMIT GLOBK軟件，在使用這些軟件處理數(shù)據(jù)時，它主要分為兩個步驟。首先，對從GPS原始數(shù)據(jù)獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行基線解，其次，通過使用同步網(wǎng)絡解決方案來進行整體調整和分析，以獲得GPS網(wǎng)絡的整體解。

2 GPS變形監(jiān)測技術在礦山測量中的應用

盂縣--上峪公路從井田北部穿越，2010年山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司開始對礦井進行技改，2012年12月30日502首采面進入聯(lián)合試運轉階段，開始試采，采用長臂一次采全高綜合機械化采煤方法進行回采，開采15下號煤層，開采深度約290m，平均回采高度2.7m。自2013年3月份開始，502首采面上覆的盂縣--上峪公路出現(xiàn)裂縫、塌陷，裂縫、塌陷范圍從經線19688100至19688400，長度約450m。

鑒于公路上裂縫、塌陷逐漸發(fā)展，為車輛行駛安全考慮，山西省壽陽縣公路局、山西省壽陽縣國土局和山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司三方于2013年5月召開會議，會議決定：對盂縣--上峪公路裂縫、塌陷段進行封閉，并委托山西科創(chuàng)地質工程有限公司對盂縣--上峪公路裂縫、塌陷段下部502首采面采空區(qū)進行沉降觀測，評價其穩(wěn)定性。

2.1 GPS監(jiān)測網(wǎng)布設

本工程共布置觀測線6條，分別布置在502工作面切眼南側20m、60m、150m、200m、260m、320m處，觀測線長度均為300m，點距10m，共布設觀測點186個。為觀測公路路面沉降情況，沿勘查路段布設觀測點73個，點距10m。采用祥升煤業(yè)提供的A04、J02測量控制點作為本工程的觀測基點，該點距觀測區(qū)約1km，其坐標、高程見表1。

2.2 測量技術方法

采用GPS RTK進行觀測，具體工作步驟為：根據(jù)山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司提供的兩個測量控制點求WGS84到北京54坐標系的轉換參數(shù)，接著運用其他控制點驗證轉換參數(shù)，最后用GPS移動站測量每個觀測點的坐標及高程。本工程觀測期確定為12個月，觀測周期開始每7天一次，后續(xù)根據(jù)沉降速率及沉降量的變化動態(tài)調整。

2.3 數(shù)據(jù)處理

截至目前共進行21次沉降觀測（2013年9月壽陽縣公路局組織修路，修路前沉降觀測11次，修路后沉降觀測10次），均根據(jù)山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司提供的兩個測量控制點求WGS84到北京54坐標系的轉換參數(shù)，接著運用控制點驗證轉換參數(shù)，最后用GPS移動站測量每個觀測點的坐標及高程。根據(jù)前后監(jiān)測的高程差分析各觀測點沉降變形量。

2.4 數(shù)據(jù)分析

壽陽盂縣--上峪公路路基（經線19688200至19688350段，路線長度約250m）發(fā)生沉降，沉降觀測期間發(fā)現(xiàn)最大沉降量達2.011m（25號點），路面裂縫最大寬度達8cm，最大落差4cm，路面最大坡度為2.8°。根據(jù)公路累計沉降量觀測曲線圖及公路沉降速率曲線圖分析：沉降量及沉降速率呈漏斗狀分布，采空變形反映到地表有一定的滯后性，變形速率在采后2個月左右達到峰值。觀測期間，變形路段未發(fā)現(xiàn)階梯式變形及陷坑，沉降速率相比呈先增大后減小趨勢沉降速率曲線平滑，推斷變形方式為漸變式，突變可能性極小。

3 GPS變形監(jiān)測技術應用的優(yōu)勢

GPS在變形監(jiān)測中應用的優(yōu)勢：首先，它可以快速獲取監(jiān)測點的三維坐標信息，在采用傳統(tǒng)變形監(jiān)測方法時，垂直位移和平面位移采用不同的方法進行監(jiān)測，不僅監(jiān)測工作量大，周期長，而且監(jiān)測點和時間不易保持均勻。其次，無需查看每個工作站。傳統(tǒng)的方法是監(jiān)視地面的變形，僅當這些點彼此連通時，才可以執(zhí)行變形觀察，而現(xiàn)在使用GPS技術，只無需在兩點之間進行通信，測量不受天氣和氣候的限制。此外，GPS接收機可用于測量大地測量高度的垂直位移，通過GPS定位獲得的高程是大地測量高程，因為大地平面的間隙和異常的高度會導致標高的精度降低，所以完全有可能根據(jù)地面高程的變化監(jiān)視垂直位移。最后，GPS的操作極為簡單，并且易于對整個監(jiān)測過程進行自動化處理。

4 結論與展望

礦山勘查是確保煤礦正常生產的條件之一， GPS變形監(jiān)測彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的不足，相信隨著科學技術的不斷發(fā)展，GPS變形監(jiān)測技術在各個行業(yè)的應用將更加地廣泛。

參考文獻：

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[2]劉勇，趙明磊.探討GPS技術在地形復雜礦山變形監(jiān)測中的應用[J].礦山測量，2019，47（03）：37-40.

作者簡介：

裴紹軍（1984- ），男，漢族，籍貫：甘肅天水，學歷：本科，職稱：初級，主要從事研究方向：測繪工程。