GPS-RTK在礦區測量中的實踐應用

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，采空區的數量和面積進一步擴大，會造成礦區的巖體變形、地面塌陷、地表裂縫等地質災害，必須加強對礦區地表沉降的監測。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測，但cm級精度的GPS-RTK測量也逐漸應用于煤礦沉降監測之中，對比全站儀技術更具有優勢。采用GPS-RTK與全站儀來對馬脊梁礦進行沉降監測的工業試驗，對監測數據進行處理分析，結果表明GPS-RTK與全站儀二者數據具有一致性，GPS-RTK能夠用于煤礦沉陷監測的應用中。

1 GPS-RTK技術觀測的理論精度分析

采用GPS-RTK進行煤礦沉降的監測，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，該精度均優于全站儀測量、水準測量的精度。采用GPS-RTK技術對煤礦地面沉降進行監測理論精度是可行的。

2 提高GPS-RTK進行沉降監測精度措施

提高GPS - RTK進行沉降監測的精度，一方面要提高GPS-RTK測量過程精度，另一方面是要提高監測數據的處理過程的精度。

2.1 提高GPS-RTK測量過程精度

在進行GPS-RTK測量前，對觀測歷元數量與測量精度之間的關系進行了大量試驗。試驗結果表明，隨著觀測歷元數的增加，GPS-RTK測量數據的精度在不斷提高。當觀測歷元個數為20個時是關鍵節點，此時測量精度尤為明顯，平面內符合精度為5mm，高程內符合精度為9mm。當觀測歷元個數達50個后，測量數據精度變化不大，處于較為平緩的狀態。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 提高觀測數據轉化的準確性

當前采用GPS-RTK技術測量獲得數據為WGS-84坐標系數據，必須要將其轉換為我國地質測繪常用的西安80坐標系。采用不同的轉化方法所得到的數據精度是不同的，經對比分析，本次測量的數據轉換采用“七參數”轉化法。基于所采用的公共點坐標誤差的存在，求得的轉換參數隨即也會產生相應的影響誤差，因此必須確定精度高、分布均勻的公共點，從而提高轉換參數的精度。

3 GPS-RTK的實測數據精度分析

3.1 測量區域的概況

本次主要是對馬脊梁礦的二、三采區進行測量，整個測量區域面積為18.5km2，測量區域內以山地和丘陵為主。隨著馬脊梁礦二、三采區的進一步開采，井下采空區數量和面積不斷擴大，區域內發生了一定程度的地面沉降和地面裂縫，這類地質災害將會嚴重危害到該煤礦生產的安全，因此必須要對該礦二、三采區內的地面沉降進行監測。采用傳統全站儀技術進行監測，在采集沉降數據的同時還將采用GPS-RTK新技術進行地面沉降監測，對兩種不同的地面監測技術所采集的數據進行對比分析。

在設定的測量區域內共確定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 測量區域內的檢測點布置圖

3.2 測量區域內平面精度分析

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

表1 坐標數據的對比分析

通過表2數據可知，各觀測點的坐標數據值高度一致，可以認定GPS-RTK技術進行監測的平面精度高，可以用于地面沉降的監測。

3.3 測量區域內高程精度分析

高程值是煤礦地面沉降監測的重點數據。采用GPS-RTK新技術進行地面沉降監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據對比分析。數據如表2所示。

從表2數據可知，GPS-RTK技術與水準儀所監測的高程值基本一致，高程差值在合理范圍內。

基于測量區域內的平面坐標精度分析和高程精度分析可知，GPS-RTK技術在該測量區域內進行地面沉降監測所采集的數據與傳統測量所采集的數據具有高度的一致性。從監測數據精度上來講，GPSRTK技術可以大面積地應用于煤礦地面變形沉降的監測中，可以實現對礦區地面變形的跟蹤監測，提高監測工作效率。

表2 高程值對比分析數據表

4 總結

理論分析和實測數據分析均表明GPS-RTK用于煤礦地面沉降監測的精度是滿足觀測精度要求的。對比于傳統的全站儀監測，GPS -RTK技術還具有以下優點：

（1）CPS-RTK技術進行測量監測采用實時動態測量技術，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據采集任務，大大縮短了傳統測量的工作時間。

（2）測量定位精度高。在采用GPS-RTK技術進行觀測時，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測量的精度。

（3）測量的成本低。GPS-RTK技術測量時，觀測點與觀測點之間不要求通視，觀測點的數量大大減小，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，在對基準站設置后，設備可以自動運行并進行相關數據的采集，比傳統測量節約多名工作人員。

總之，將GPS-RTK技術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技術具有的簡便、快捷性為其推廣應用提供了基礎。