礦山地表測量中GPS-RTK 定位技術(shù)的應用研究

王 進

（晉能控股煤業(yè)集團地測勘探有限公司，山西 大同 037003）

隨著對礦區(qū)的不斷開采，礦區(qū)周圍的環(huán)境也在隨著開采程度而不斷變化，相應的采空區(qū)也會不斷增多。這種大規(guī)模的采空區(qū)會對地表的巖石層產(chǎn)生巨大影響，導致出現(xiàn)巖層的變形、地面的裂縫、局部地形的塌陷等情況，對礦區(qū)的安全產(chǎn)生巨大的威脅，因此，對礦區(qū)地表環(huán)境的監(jiān)測顯得十分重要。本文通過使用平面精度為（3+0.55D×106）mm 和高程精度為（5+0.55D×106）mm 的GPS-RTK 技術(shù)對煤峪口礦的14 號礦區(qū)進行測量分析。

1 工程概況

煤峪口礦位于大同市大同煤田的南西部，主要為平緩的丘陵地形，溝谷發(fā)育，支溝呈羽狀分布，最高點在井田西南部南信莊北面，地表標高1 362.4 m，最低點在四號井的西面，地表標高1 058.2 m，最大的相對高度差為304.2 m。其主要含煤地層為大同組含煤層，厚約233.46 m，可采煤層共有10層，煤層總厚度17.69 m，主要開采的14 號煤層厚0～4.77 m，平均厚度2.0 m，含1～2 層夾石，煤層較穩(wěn)定。地層主要由灰白色中、粗砂巖，細砂巖，灰色、深灰色粉砂巖，砂質(zhì)泥巖和煤組成。為了保證開采安全，獲取該煤礦的地表移動變形規(guī)律，運用GPSRTK 技術(shù)對其進行測量。

2 GPS-RTK 定位技術(shù)

2.1 組成部分

GPS-RTK 技術(shù)的測量系統(tǒng)一共由3 部分組成，包括GPS 的接收裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置和進行測量的軟件系統(tǒng)。

（1）GPS 的接收裝置。在設備的基準站和流動站[1]之間建立雙頻的GPS 接收器，以此來確保測量的精度，而且能夠迅速地算出整周的未知數(shù)。有兩個及以上的用戶使用設備的基準站時，GPS 接收器設置的采樣率要與用戶方面的采樣率一致，避免發(fā)生錯誤。

（2）數(shù)據(jù)傳輸裝置。該裝置也是一種數(shù)據(jù)鏈，由設備基準站的發(fā)射站和流動站的接收站組合而成。數(shù)據(jù)傳輸裝置的頻率大小與數(shù)據(jù)到接收站的距離、傳輸?shù)沫h(huán)境條件以及數(shù)據(jù)傳輸速率有關(guān)。

（3）軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)主要用來進行測量，有實時動態(tài)、準動態(tài)以及靜態(tài)[2]三種工作模式，可以快速地對目標進行測量、計算以及對結(jié)果的整理分析，有效降低了測量人員的工作強度。

測量原理如圖1。

圖1 測量原理圖

2.2 基準站的選擇

整個設備的基準站是全部測量的基礎(chǔ)點，測量結(jié)果的精準性與基準站的設置地點有關(guān)，所以對于基準站的安放地點的選擇必須仔細考慮。為了測出來的數(shù)據(jù)更加的合理，保證測量結(jié)果的精準性，基準站的安置可以遵循以下幾個方面：

（1）選擇自己熟知的地點或者地形條件好的位置進行基準站的安裝，如視野良好、地理位置較高、電臺能夠覆蓋到的地區(qū)。

（2）基準站周圍要保持空曠，排除一切外在的干擾源，防止其他設備的存在對裝置的干擾導致數(shù)據(jù)不準確。

（3）基準站裝置的天線要裝在接收裝置的附近能接收衛(wèi)星覆蓋的地方，避免在其他地方衛(wèi)星無法覆蓋導致無法接收到數(shù)據(jù)。

2.3 裝置的使用

使用GPS-RTK 技術(shù)測量出的結(jié)果的準確性與機器的抗干擾能力和性能有關(guān)，除此之外也和操作人員的操作能力有關(guān)。測量過程中主要是通過衛(wèi)星與接收裝置之間的數(shù)據(jù)傳播，這期間存在著系統(tǒng)的誤差，屬于無法消除的誤差，只能通過對操作能力的不斷加強來盡量縮小誤差。要了解衛(wèi)星方面的信息，要在適當?shù)臅r間段進行測量，接收裝置的POOD 值設置在6 左右，降低衛(wèi)星與接收裝置在定位方面的誤差，保證測量結(jié)果的精確度。

3 測量分析

在用GPS-RTK 技術(shù)測量時，測量出的結(jié)果是WCG-84[3]形式坐標，這種坐標和實際使用的坐標系是不一致的。實際測量時，先對測量礦區(qū)的基本轉(zhuǎn)換參數(shù)進行測定，最后將測出來的結(jié)果進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成正常參數(shù)。

實際測量的測量礦區(qū)的面積大約有15 km2，以山地形式為主，由于開采過程的不斷進行，整個開采的規(guī)模不斷加大，許多地方的地形都出現(xiàn)了沉降現(xiàn)象[4]，對整個煤礦的開采安全有一定的威脅。為了保證整個煤礦能夠安全有效的開采，現(xiàn)在對出現(xiàn)沉降現(xiàn)象的地區(qū)進行監(jiān)測。用GPS-RTK 測量方法進行觀測，對測量出來的結(jié)果進行分析，在整個測量地區(qū)選定了10 個觀測點，如圖2。

圖2 觀測點分布圖

使用平面精度為（3+0.55D×106）mm 和高程精度為（5+0.55D×106）mm 的GPS-RTK 技術(shù)進行觀測，記錄下監(jiān)測地點的平面坐標X 和Y，與傳統(tǒng)的全站儀監(jiān)測方法測出的結(jié)果進行比較見表1。

通過表1 對比可以看出，使用GPS-RTK 技術(shù)測量出來的結(jié)果與傳統(tǒng)技術(shù)測量出來的結(jié)果基本一致，但工程量卻大大減少。

表1 平面坐標對照表

在礦井的一處平緩地帶的監(jiān)測點進行測量，選擇適當?shù)臏y量間隔，通過對測量結(jié)果的總結(jié)，得出的地形穩(wěn)定性如圖3。

根據(jù)圖3 可以看出，隨著開采過程不斷進行，監(jiān)測點的變形量在不斷增加。當開采深度在36 m之內(nèi)時，變形量的增長幅度最大，之后隨著礦區(qū)的不斷開采，變形量也在增加，但是增長幅度變小。

圖3 測量結(jié)果圖

4 結(jié)論

通過以上對GPS-RTK 技術(shù)以及測量結(jié)果的分析可以得出以下結(jié)論，

（1）GPS-RTK 技術(shù)的測量效率相比于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，其測量操作更簡單，測量效率更高，而且測量的成本也相對較低，測出來的結(jié)果精度也比較高。

（2）開采深度從開始到36 m 時，地形變形量幅度最大，36 m 之后變形量也在增加，但是增長幅度變小。