李嘉璐

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037017）

在礦井測(cè)量中，采用GPS-RTK 測(cè)量控制技術(shù)，在靜態(tài)測(cè)量模式下，利用接收機(jī)對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度定位測(cè)量，其中礦井周邊的坐標(biāo)系等級(jí)控制點(diǎn)是已知點(diǎn)，在礦井內(nèi)重新布設(shè)低等級(jí)控制點(diǎn)，建立E 級(jí)礦區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)[1-4]，并將原有的工程測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到新的坐標(biāo)系中，提高了測(cè)量精度。

1 測(cè)區(qū)概況

云岡礦位于大同煤田的東北部，礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.70 Mt/a，井田西北位于向斜地軸西翼，東部相鄰青磁窯逆沖斷層。井田內(nèi)地層平緩，總體地形是西部高東部低，最高點(diǎn)位于西北側(cè)山頂，高程為+1 055 m，最低點(diǎn)位于東部溝底，高程為+447 m，相對(duì)高度差約為300 m。井田由地層平緩走向東西開采煤層連片，煤量大，運(yùn)輸距離較短，開拓條件較好。

2 GPS-RTK 測(cè)量控制技術(shù)

GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)有很高的精確度和很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，被廣泛應(yīng)用于礦井測(cè)量中。測(cè)量控制技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)傳輸和GPS 接收機(jī)，工作原理如圖1所示[5-7]，用一臺(tái)接收機(jī)作為移動(dòng)站，另一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，用來(lái)提供原始測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。具體工作時(shí)，實(shí)時(shí)收集測(cè)點(diǎn)的載波相位數(shù)據(jù)，利用軟件系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，從而得到測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)信息。

圖1 GPS-RTK 技術(shù)工作原理

2.1 控制點(diǎn)選點(diǎn)原則

根據(jù)礦區(qū)實(shí)際控制區(qū)域進(jìn)行控制點(diǎn)選點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)勘探資料選定控制點(diǎn)。一般選擇控制點(diǎn)有如下要求[8-10]：附近比較空曠，沒有明顯的障礙物遮擋衛(wèi)星信號(hào)的傳遞，在控制點(diǎn)2 km 范圍內(nèi)，沒有電磁波干擾，也沒有大面積水域反射衛(wèi)星信號(hào)?？刂泣c(diǎn)均勻分布在礦區(qū)，一般埋設(shè)在地勢(shì)較高的地方，便于后期開展測(cè)量作業(yè)。

2.2 控制點(diǎn)布設(shè)

在礦區(qū)內(nèi)布設(shè)1 個(gè)二等控制點(diǎn)、3 個(gè)三等控制點(diǎn)，實(shí)際勘測(cè)已有的3 個(gè)控制點(diǎn)可以利用，將此用作礦區(qū)測(cè)量的起算數(shù)據(jù)。根據(jù)控制點(diǎn)的選點(diǎn)原則以及測(cè)量實(shí)際需要，布設(shè)10 個(gè)控制點(diǎn)，并用水泥樁作標(biāo)記。本次測(cè)量控制網(wǎng)的邊長(zhǎng)為1.2～5.5 km，控制面積約30 km2，測(cè)量區(qū)域包含整個(gè)礦區(qū)。

2.3 外業(yè)測(cè)量

在外業(yè)測(cè)量中，使用雙頻接收機(jī)進(jìn)行接收。為了提高GPS-RTK 技術(shù)的測(cè)量精度，減少衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)量，降低不利反射因素的影響，將接收機(jī)的天線平面截止角度向上仰15°，待接收機(jī)整平后開機(jī)，按要求進(jìn)行測(cè)量，時(shí)間為50 min。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將每個(gè)時(shí)間段測(cè)量得出的控制點(diǎn)組成一組，每組測(cè)量4 個(gè)點(diǎn)，組成一個(gè)閉合的四邊形，確保四邊形至少有一條邊或有兩個(gè)點(diǎn)共用，最終將所有的時(shí)間段測(cè)量得出的控制點(diǎn)連接起來(lái)組成控制網(wǎng)[11-14]。

采用GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)，只需要測(cè)量人員將測(cè)站的名稱、儀器號(hào)、儀器高及作業(yè)時(shí)間等進(jìn)行記錄，由數(shù)據(jù)處理人員對(duì)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差前處理。

2.4 數(shù)據(jù)處理及精度評(píng)定

外業(yè)測(cè)量作業(yè)結(jié)束后，檢查數(shù)據(jù)，確認(rèn)無(wú)誤后導(dǎo)入電腦進(jìn)行處理，在處理前先設(shè)置平差參數(shù)，利用配套軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

對(duì)平面坐標(biāo)進(jìn)行平差及精度分析。平面坐標(biāo)主要處理的平差參數(shù)有2 個(gè)； 一個(gè)是三維無(wú)約束平差，控制網(wǎng)的參考因子為1，通過χ 平方檢驗(yàn)（α=95%），自由度為72；另一個(gè)是二維平差，經(jīng)過3 次迭代，控制網(wǎng)的參考因子為2.024 9，x 平移-42.369 1 m，y 平移-48.315 4 m，比例為-9.375 6×10-6，旋轉(zhuǎn)1.827 8 s。處理完平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會(huì)給出觀測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，然后對(duì)平面坐標(biāo)中誤差進(jìn)行精度分析，結(jié)果如表1所示。

表1 平面坐標(biāo)和中誤差

對(duì)高差進(jìn)行平差及精度分析。對(duì)高差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用高程擬合平差方法進(jìn)行2 次迭代，控制網(wǎng)的參考因子為0，以DMGB 為參考點(diǎn)，計(jì)算公式為：

H=H0+A+B×x+C×y

式 中：A=2.998 27，B=4.358 87E-005，C=-1.582 5 E-005。處理完高程數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出觀測(cè)點(diǎn)處的高程值，根據(jù)高程值對(duì)高程中誤差進(jìn)行精度分析，結(jié)果如表2所示。

表2 高程坐標(biāo)和中誤差

以上平面坐標(biāo)中誤差和高程中誤差數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，可以看出，采用GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)測(cè)量出的結(jié)果點(diǎn)位精度較高，且各個(gè)測(cè)點(diǎn)的中誤差比較均勻，誤差不累積，解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法誤差大的問題。

2.5 提高測(cè)量精度措施

提高測(cè)量過程精度。在進(jìn)行測(cè)量前，對(duì)觀測(cè)數(shù)量和測(cè)量精度進(jìn)行大量試驗(yàn)，以得到更加精確的結(jié)果。測(cè)量精度隨觀測(cè)數(shù)量的增加而提高，在觀測(cè)數(shù)量為20 個(gè)時(shí)，測(cè)量精度最高，在觀測(cè)數(shù)量為50個(gè)時(shí)，測(cè)量精度基本無(wú)變化。因此，綜合考慮確定每次觀測(cè)數(shù)量為20 個(gè)。

提高轉(zhuǎn)換參數(shù)精度。由于GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)獲得的是WGS-84 坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，必須對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到西安80 坐標(biāo)系數(shù)據(jù)。為了提高轉(zhuǎn)換精度，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，找到精度高、分布均勻的公共點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3 結(jié)論

在礦井地質(zhì)測(cè)量中，采用GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)，建立礦區(qū)的控制測(cè)量網(wǎng)，其做法及優(yōu)點(diǎn)如下：

1）通過對(duì)云岡礦礦區(qū)控制測(cè)量，根據(jù)控制點(diǎn)的選點(diǎn)原則，布設(shè)控制點(diǎn)，進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和精度分析，驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的有效性。

2）根據(jù)對(duì)平面坐標(biāo)中誤差和高程中誤差數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，可以看出，采用GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)測(cè)量出的結(jié)果點(diǎn)位精度較高，且各個(gè)測(cè)點(diǎn)的中誤差比較均勻，誤差不累積，解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法誤差大的問題提高了測(cè)量精度和效率。