靜態(tài)控制測量技術在煤礦勘查中的應用分析

摘要：煤炭是最常見的能源之一。隨著國家實施能源戰(zhàn)略計劃，煤炭資源在發(fā)電等方面的需求量特別大。靜態(tài)控制測量的目的是解決煤礦無控制點難以開展測繪、勘查等工作的問題。在對煤礦進行礦山測量時，需要建立礦山測量控制系統(tǒng)，需要從國家C級控制點處將坐標引至礦區(qū)。完成靜態(tài)控制測量后，可以為礦山更好地完成測量勘查工作提供基礎控制點坐標，大大節(jié)約煤礦勘探時間和成本。[wl2]

關鍵詞：靜態(tài)測量 控制測量 控制點 煤礦

Application Analysis of Static Control Measurement Technology in Coal Mine Exploration

——Taking Xiaochonghe Coal Mine in Panzhou City as an Example

CHEN Hongtao

Guizhou Coalfield Geological Bureau 159th Team， Liupanshui， Guizhou Province， 553599 China

Abstract： Coal is one of the most common energy sources. With the implementation of the national energy strategy plan， there is a particularly high demand for coal resources in areas such as power generation. The purpose of static control measurement is to solve the problem of difficult surveying， exploration and other work in coal mines without control points. When conducting mining surveys on coal mines， it is necessary to establish a mining survey control system and guide coordinates from national C-level control points to the mining area. After completing the static control measurement， it can provide basic control point coordinates for the mine to better complete the measurement and exploration work， greatly saving coal mine exploration time and cost.[wl3]

Key Words： Static measurement; Control measurement; Control point; Coal mine

根據(jù)貴州省盤州市舊營小沖河煤炭普查項目設計要求，對盤州市小沖河煤炭普查項目范圍內(nèi)進行靜態(tài)控制點的布設和施測，該測區(qū)范圍為10 km²。該礦區(qū)內(nèi)無測量控制點，因此，需要從國家C級控制點處將坐標引至礦區(qū)內(nèi)。經(jīng)過綜合分析：為快速、準確地把控制點坐標引至礦區(qū)內(nèi)，本次采用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）靜態(tài)測量技術，能夠滿足本次工作要求。根據(jù)現(xiàn)場對礦區(qū)實地踏勘，可知該測區(qū)范圍北區(qū)位于樹林頭村南位八道河村，西方向位于孫家橋村東方向位于相思洞。根據(jù)設計要求，需要布設3個靜態(tài)控制點。但經(jīng)過實地踏勘，需要布設5個靜態(tài)控制點^[1]。結合現(xiàn)有的有利條件，本次控制點沒有進行混泥土樁的埋設，而是在比較穩(wěn)定牢固的建筑物和水泥地上直接刻設。在水泥地上刻 “十”字，以“十”字中心為目標觀測位置，并刻 20 cm×20 cm 方框編號，用紅油漆噴繪，保證標石能夠長期保存并易于尋找。

1 靜態(tài)測量技術概述

靜態(tài)GPS控制點測量所采用的測量儀器都是在GPS接收機靜態(tài)板塊上進行測量定位的方法。測量時，所有觀測的靜態(tài)控制的點位都要組成一個和多個封閉的三角形，有助于進一步提高定位精度^[2]。具有廣泛的應用價值。[wl4]"此外，GPS 靜態(tài)測量還具有測站間不需要通視、定位精確度高、全天候、操作簡便等優(yōu)勢，并且在軍事、國防、交通等領域發(fā)揮重要作用。

2 靜態(tài)測量技術在煤礦勘查中的應用

盤州市小沖河煤炭普查在項目范圍內(nèi)進行靜態(tài)控制點的布設和施測。該測區(qū)范圍為10 k㎡，該測區(qū)范圍北區(qū)位于樹林頭村南位八道河村、西方向位于孫家橋村、東方向位于相思洞。根據(jù)設計要求，需要布設3個靜態(tài)控制點。但經(jīng)過實地踏勘，需要布設5個靜態(tài)控制點^[3]。

2.1 測量基準選擇

在大地測量中，常用的坐標系形式有空間直角坐標系、大地坐標系和平面直角坐標系。在實時動態(tài)測量中，常用的坐標系統(tǒng)有以下兩種。

2.1.1 國家2000大地坐標系

國家2000大地坐標系（CGCS2000）包含原點、三個坐標軸的指向、尺度是與地球橢球4個基本常數(shù)參數(shù)，其中地球橢球的4個基本常數(shù)參數(shù)包含長半軸、扁率、地心引力常數(shù)和自轉(zhuǎn)角速度）

有關參數(shù)值：長半軸α=6 378 137 m；扁率α=298.257 222 101。2.1.2 WGS84坐標系

WGS84坐標系是GPS采用的坐標系，屬于地心空間直角坐標系。其原點是地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和地球極赤道的交點，Y軸垂直于X軸和Z軸，X、Y、Z軸構成右手直角坐標系。

有關參數(shù)：長半軸α=a-6 378 137 m；扁率α=1/298.25 722 210。

本次小沖河煤炭普查項目采用的是2000國家大地坐標系，高程系統(tǒng)采用的是1985年國家高程基準。國家C級控制點見表1。

2.2 控制測量數(shù)據(jù)處理

2.2.1 測量數(shù)據(jù)處理

本次靜態(tài)控制點測量采用邊連式的測量方法，最遠的邊15 km，最近的邊2 km。因此，外業(yè)采集數(shù)據(jù)是90 min，測量數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定^[4]。

人工判斷方法：Ratio越大越好，整數(shù)解誤差越小越好。測量數(shù)據(jù)處理步驟如下：基線處理—平差處理—網(wǎng)平差—高程擬合—形成平差報告[5]" ^[5]。測量數(shù)據(jù)如表2所示。

2.3 測量結果評價

本次控制測量，控制網(wǎng)布設合理，起算數(shù)據(jù)正確，觀測精度與平差計算精度符合技術設計要求。靜態(tài)控制測量能滿足設計要求，誤差均在限差以內(nèi)，地理精度均滿足規(guī)范要求。此外，控制測量采用了移動站點位校正技術，對礦區(qū)內(nèi)所有移動站控制點進行了100%檢查，并查驗了控制點規(guī)范是否滿足要求。這一措施不僅提高了測量的可靠性，也增強了控制點的穩(wěn)定性^［6］。為了進一步驗證靜態(tài)測量的精度，抽取控制點靜態(tài)測量的邊進行檢測，每一項邊長都滿足規(guī)范的要求。檢查人員外業(yè)實測進行精度統(tǒng)計，均滿足規(guī)范要求。本次靜態(tài)控制測量等各子項均符合國家有關規(guī)范和設計要求，可以提交使用。

3 GPS基線向量網(wǎng)平差

在一般情況下，多個同步觀測站之間的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)基線向量解算后，用戶所獲得的結果一般是觀測站之間的基線向量及其方差與協(xié)方差，再者，在某一區(qū)域的測量工作中，用戶可能投入的接收機數(shù)總是有限的，所以，當布設的 GPS網(wǎng)點數(shù)較多時，則需在不同的時段按照預先的作業(yè)計劃，多次進行觀測^[7]。而GPS 解算不可避免地會帶來誤差、粗差以及不合格解。在這種情況下，為了提高定位結果的可靠性，通常需將不同時段觀測的基線向量連接成網(wǎng)，并通過觀測量的整體平差，以提高定位結果的精度。這樣構成的 GPS網(wǎng)，將含有許多閉合條件，整體平差的目的，在于清除這些閉合條件的不符值，并建立網(wǎng)的基準^[8]。

另外，不管是靜態(tài)解算還是動態(tài)解算，都是在 WGS-84 坐標系下進行的，而已有的經(jīng)典地面控制網(wǎng)規(guī)模大，資料豐富?；蛘哂脩糁贿M行小范圍的測量，需要的僅僅是局部平面坐標^[9]。加之，GPS單點定位的坐標精度較低，遠遠不能滿足高精度測量的要求。而且，通常用戶需要的是國家坐標系下的大地坐標（或投影坐標）或地方坐標系下的投影坐標，高程坐標也不再是大地高（橢球高），而是水準高（正高）。有時還需要通過高精度GPS網(wǎng)與經(jīng)典地面網(wǎng)的聯(lián)合處理，加強和改善經(jīng)典地面網(wǎng)，以滿足用戶的需要^[10]。這樣就需要將WGS-84之間的坐標增量轉(zhuǎn)換到大地坐標中去，從而得到用戶所需要的坐標。由于坐標系之間的系統(tǒng)參數(shù)不一樣以及水準異常等原因，這種轉(zhuǎn)換理所當然地會帶來誤差^[11]。

根據(jù)平差所進行的坐標空間，可將 GPS 網(wǎng)平差分為三維平差和二維平差。根據(jù)平差時所采用的觀測值和起算數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型，可將平差分為無約束平差約束平差和聯(lián)合平差等。

4 結論

綜上所述，相較于傳統(tǒng)測量方法，GPS 靜態(tài)測量能夠在較短時間內(nèi)完成測量任務^[7]，可以被廣泛應用于地質(zhì)災害調(diào)查、軍事、航海、交通等行業(yè)，能夠提供精確的測繪數(shù)據(jù)，更好地滿足工作的需要。根據(jù)本次測量，可以得出以下結論。

（1）本次靜態(tài)測量技術的測量數(shù)據(jù)結果精確，滿足煤礦勘查所需的數(shù)據(jù)要求。靜態(tài)控制技術具有快速、精準的優(yōu)點，大大縮短了測量時間，節(jié)約了成本。

（2）實踐證明，靜態(tài)測量控制技術可被廣泛應用于煤礦勘查、地災勘查等工程勘查方面。該技術不受地形條件限制，可以在復雜地形環(huán)境下進行測量。

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