煤田地質測量中GPS數據處理技術研究

劉曉東

（河南神火集團薛湖煤礦，河南永城　476600）

煤田地質測量中GPS數據處理技術研究

劉曉東

（河南神火集團薛湖煤礦，河南永城476600）

煤田地質控制測量是路線勘測設計的基礎，隨著煤田的興建，對煤田勘測提出了更高的要求，由于礦井長且已知點少，因此，用常規手段不僅布網困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點正好可以滿足這一要求。本文在吸收國內外GPS定位技術研究成果的基礎上，進一步對GPS在煤田地質工程測量中的理論與方法進行了系統的研究，研究了GPS數據處理的流程，給出并分析了GPS煤田地質控制測量的數據處理結果。

GPS煤田地質測量數據處理

1　GPS在煤田地質工程中的應用

我國自80年代末石油部、總參測繪局、國家測繪局等陸續進口了GPS接收機并展開了各方面的研究工作。GPS在煤田地質工程中的應用主要包括：煤田地質控制測量、煤田地質測量等。 在煤田地質工程中首先引入GPS的是煤田地質控制測量。煤田地質控制測量是路線勘測設計的基礎，隨著煤田的興建，對煤田勘測提出了更高的要求，由于礦井長且已知點少，因此，用常規手段不僅布網困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點正好可以滿足這一要求［1］。在煤田地質控制測量中通常采用靜態相對定位技術，也就是至少有兩臺GPS接收機同時觀測，經處理后可以精確獲得兩點的三維坐標差，根據其中一點的坐標可推算出另一點的坐標［2］。由于靜態相對定位精度高，因此廣泛應用于大地測量、形變監測等高精度測量領域。同樣靜態相對定位技術將在相當廣泛的范圍內逐步地取代以往的常規測量方法廣泛應用于煤田地質控制測量中，如用于建立路線精密控制網、橋隧精密控制網等。隨著應用理論研究的深入以及作業規范的建立和完善，靜態相對定位技術將會更好的為煤田地質工程中的控制測量服務。RTK技術可與常規全站儀相結合，充分發揮GPS無需通視以及常規全站儀靈活方便的優點，把兩者相結合，可滿足煤田地質工程各種場合測量工作的需要，并大大加快觀測速度，提高觀測質量，形成新一代的線路勘測系統。RTK與常規全站儀相結合的應用是煤田地質測設測量技術發展的一個重要方向。

2　精度評估方法

GPS數據處理通常包括為三個步驟：一、數據準備；二、基線處理；三、網平差。數據準備根據實際工作的不同有所變化，一般包括數據下載、格式轉換、數據質量檢查及觀測文件合并等工作。 GPS數據處理的第二步是進行基線處理。基線處理通常單天進行，即按每天一個時段進行基線的處理。通常基線處理軟件一次只能解算一個時段同步觀測站的數據（目前最長的一個時段的長度為一天），而且解的形式是基線解，我們將它稱為基線單天解。網平差是把不同時段的基線單天解進行統一處理。合并多時段解的常用方法是最小二乘平差法，這通常是法方程迭加過程。除用最小二乘平差法外，還可以用卡爾曼濾波法，卡爾曼濾波法的好處在于它計算速度較快，節約內存等。我們假定測站坐標、衛星軌道參數以及地球定向參數是隨機變化的，即認為這些參數是隨機漫步的（Random walk），可以用馬爾科夫過程描述它。GPS常用評價站坐標精度的指標是多時段基線重復性和多時段坐標重復性。基線重復性計算模型：

上式（1）中 i為觀測時段，sσ為基線 s的重復性統計值，iσ為第i時段基線 s的中誤差，iR為第1時段基線解算結果， N為總的時段數，為基線結果的加權平均值。有：

圖1　某煤田地質控制點位分布

基線結果的評價還以基線長度與誤差的關系來衡量，有兩種形式：

這里的 ，，，a b c d四個參數可以根據基線長度和它的重復性統計值sσ擬合出來。也有以基線的三個分量分別檢驗它的重復性的，這三個分量是南北分量snσ，東西分量sRσ和高程分量suσ。

3　數據處理實例與精度分析

3.1某大地控制網聯測結果

以下給出了兩個大地控制點的計算結果。一個未知點是F007，位于東南地區，觀測儀器是捷創力2202。觀測日期是1999年6月19日（UTC）年積日為1700。另一未知點是JB32，位于西北地區，觀測儀器是AshtechZ12。觀測日期是1999年7月23日（UTC），年積日為2040。以兩小時為觀測時段長度，一天數據按12個測段分別進行計算。表中列出了12個測段三個坐標分量 N， E， U的計算值與己知值（多天觀測平差結果）之差（表中第2，4｝6列），和對應的計算精度（表中第3，5，7列）的平均值、最大值、最小值以及12個測段的重復性（重復性）。單位均為米。從以上結果可以看出：不同型號的儀器獲得的定位精度不同，對Ashtech儀器，水平方向的重復性在1cm左右，東西分量比南北分量差，高程方向分量的重復性大于2cm。對捷創力儀器Geo2200，南北分量的重復性在2cm左右，東西分量和高程分量方向的重復性大于4cm。

3.2某煤田地質控制網測量結果

圖1給出了某煤田地質勘測設計院在桂林某煤田地質建立的控制網的點位分布圖。其中有三個點為已知點，圖中以“三角”符號表示，其余點為待定點。

該控制網沿煤田地質兩側布置控制點，以方便放樣。測量采用Ashtch單頻接收機進行，采樣間隔10秒。測量日期為2003年236-242天。

4　結語

本文在吸收國內外GPS定位技術研究成果的基礎上，進一步對GPS在煤田地質工程測量中的理論與方法進行了系統的研究，研究了GPS數據處理的流程，介紹了高精度數據處理GPS軟件 GAMIT。給出并分析了GPS煤田地質控制測量的數據處理結果。

［1］李天文.CPS原理及應用.［M］.北京：科學出版社，2004.

［2］姜晨光，等.GPS/RTK技術應用于公路勘測的研究與實踐［J］.公路，2000（10）：62-64.

劉曉東（1979—），男，河南永城人，本科，畢業于焦作工學院，工程師，研究方向：煤田地質測量。