劉曉東

（河南神火集團(tuán)薛湖煤礦，河南永城　476600）

煤田地質(zhì)測(cè)量中GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

劉曉東

（河南神火集團(tuán)薛湖煤礦，河南永城476600）

煤田地質(zhì)控制測(cè)量是路線勘測(cè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，隨著煤田的興建，對(duì)煤田勘測(cè)提出了更高的要求，由于礦井長(zhǎng)且已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)手段不僅布網(wǎng)困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點(diǎn)正好可以滿足這一要求。本文在吸收國(guó)內(nèi)外GPS定位技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)GPS在煤田地質(zhì)工程測(cè)量中的理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究了GPS數(shù)據(jù)處理的流程，給出并分析了GPS煤田地質(zhì)控制測(cè)量的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

GPS煤田地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

1　GPS在煤田地質(zhì)工程中的應(yīng)用

我國(guó)自80年代末石油部、總參測(cè)繪局、國(guó)家測(cè)繪局等陸續(xù)進(jìn)口了GPS接收機(jī)并展開(kāi)了各方面的研究工作。GPS在煤田地質(zhì)工程中的應(yīng)用主要包括：煤田地質(zhì)控制測(cè)量、煤田地質(zhì)測(cè)量等。 在煤田地質(zhì)工程中首先引入GPS的是煤田地質(zhì)控制測(cè)量。煤田地質(zhì)控制測(cè)量是路線勘測(cè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，隨著煤田的興建，對(duì)煤田勘測(cè)提出了更高的要求，由于礦井長(zhǎng)且已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)手段不僅布網(wǎng)困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點(diǎn)正好可以滿足這一要求［1］。在煤田地質(zhì)控制測(cè)量中通常采用靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，也就是至少有兩臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)，經(jīng)處理后可以精確獲得兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)差，根據(jù)其中一點(diǎn)的坐標(biāo)可推算出另一點(diǎn)的坐標(biāo)［2］。由于靜態(tài)相對(duì)定位精度高，因此廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、形變監(jiān)測(cè)等高精度測(cè)量領(lǐng)域。同樣靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)將在相當(dāng)廣泛的范圍內(nèi)逐步地取代以往的常規(guī)測(cè)量方法廣泛應(yīng)用于煤田地質(zhì)控制測(cè)量中，如用于建立路線精密控制網(wǎng)、橋隧精密控制網(wǎng)等。隨著應(yīng)用理論研究的深入以及作業(yè)規(guī)范的建立和完善，靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)將會(huì)更好的為煤田地質(zhì)工程中的控制測(cè)量服務(wù)。RTK技術(shù)可與常規(guī)全站儀相結(jié)合，充分發(fā)揮GPS無(wú)需通視以及常規(guī)全站儀靈活方便的優(yōu)點(diǎn)，把兩者相結(jié)合，可滿足煤田地質(zhì)工程各種場(chǎng)合測(cè)量工作的需要，并大大加快觀測(cè)速度，提高觀測(cè)質(zhì)量，形成新一代的線路勘測(cè)系統(tǒng)。RTK與常規(guī)全站儀相結(jié)合的應(yīng)用是煤田地質(zhì)測(cè)設(shè)測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

2　精度評(píng)估方法

GPS數(shù)據(jù)處理通常包括為三個(gè)步驟：一、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；二、基線處理；三、網(wǎng)平差。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備根據(jù)實(shí)際工作的不同有所變化，一般包括數(shù)據(jù)下載、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查及觀測(cè)文件合并等工作。 GPS數(shù)據(jù)處理的第二步是進(jìn)行基線處理。基線處理通常單天進(jìn)行，即按每天一個(gè)時(shí)段進(jìn)行基線的處理。通?；€處理軟件一次只能解算一個(gè)時(shí)段同步觀測(cè)站的數(shù)據(jù)（目前最長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)段的長(zhǎng)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(wǎng)平差是把不同時(shí)段的基線單天解進(jìn)行統(tǒng)一處理。合并多時(shí)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(guò)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(jì)算速度較快，節(jié)約內(nèi)存等。我們假定測(cè)站坐標(biāo)、衛(wèi)星軌道參數(shù)以及地球定向參數(shù)是隨機(jī)變化的，即認(rèn)為這些參數(shù)是隨機(jī)漫步的（Random walk），可以用馬爾科夫過(guò)程描述它。GPS常用評(píng)價(jià)站坐標(biāo)精度的指標(biāo)是多時(shí)段基線重復(fù)性和多時(shí)段坐標(biāo)重復(fù)性?；€重復(fù)性計(jì)算模型：

上式（1）中 i為觀測(cè)時(shí)段，sσ為基線 s的重復(fù)性統(tǒng)計(jì)值，iσ為第i時(shí)段基線 s的中誤差，iR為第1時(shí)段基線解算結(jié)果， N為總的時(shí)段數(shù)，為基線結(jié)果的加權(quán)平均值。有：

圖1　某煤田地質(zhì)控制點(diǎn)位分布

基線結(jié)果的評(píng)價(jià)還以基線長(zhǎng)度與誤差的關(guān)系來(lái)衡量，有兩種形式：

這里的 ，，，a b c d四個(gè)參數(shù)可以根據(jù)基線長(zhǎng)度和它的重復(fù)性統(tǒng)計(jì)值sσ擬合出來(lái)。也有以基線的三個(gè)分量分別檢驗(yàn)它的重復(fù)性的，這三個(gè)分量是南北分量snσ，東西分量sRσ和高程分量suσ。

3　數(shù)據(jù)處理實(shí)例與精度分析

3.1某大地控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)結(jié)果

以下給出了兩個(gè)大地控制點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。一個(gè)未知點(diǎn)是F007，位于東南地區(qū)，觀測(cè)儀器是捷創(chuàng)力2202。觀測(cè)日期是1999年6月19日（UTC）年積日為1700。另一未知點(diǎn)是JB32，位于西北地區(qū)，觀測(cè)儀器是AshtechZ12。觀測(cè)日期是1999年7月23日（UTC），年積日為2040。以兩小時(shí)為觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度，一天數(shù)據(jù)按12個(gè)測(cè)段分別進(jìn)行計(jì)算。表中列出了12個(gè)測(cè)段三個(gè)坐標(biāo)分量 N， E， U的計(jì)算值與己知值（多天觀測(cè)平差結(jié)果）之差（表中第2，4｝6列），和對(duì)應(yīng)的計(jì)算精度（表中第3，5，7列）的平均值、最大值、最小值以及12個(gè)測(cè)段的重復(fù)性（重復(fù)性）。單位均為米。從以上結(jié)果可以看出：不同型號(hào)的儀器獲得的定位精度不同，對(duì)Ashtech儀器，水平方向的重復(fù)性在1cm左右，東西分量比南北分量差，高程方向分量的重復(fù)性大于2cm。對(duì)捷創(chuàng)力儀器Geo2200，南北分量的重復(fù)性在2cm左右，東西分量和高程分量方向的重復(fù)性大于4cm。

3.2某煤田地質(zhì)控制網(wǎng)測(cè)量結(jié)果

圖1給出了某煤田地質(zhì)勘測(cè)設(shè)計(jì)院在桂林某煤田地質(zhì)建立的控制網(wǎng)的點(diǎn)位分布圖。其中有三個(gè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，圖中以“三角”符號(hào)表示，其余點(diǎn)為待定點(diǎn)。

該控制網(wǎng)沿煤田地質(zhì)兩側(cè)布置控制點(diǎn)，以方便放樣。測(cè)量采用Ashtch單頻接收機(jī)進(jìn)行，采樣間隔10秒。測(cè)量日期為2003年236-242天。

4　結(jié)語(yǔ)

本文在吸收國(guó)內(nèi)外GPS定位技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)GPS在煤田地質(zhì)工程測(cè)量中的理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究了GPS數(shù)據(jù)處理的流程，介紹了高精度數(shù)據(jù)處理GPS軟件 GAMIT。給出并分析了GPS煤田地質(zhì)控制測(cè)量的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

［1］李天文.CPS原理及應(yīng)用.［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［2］姜晨光，等.GPS/RTK技術(shù)應(yīng)用于公路勘測(cè)的研究與實(shí)踐［J］.公路，2000（10）：62-64.

劉曉東（1979—），男，河南永城人，本科，畢業(yè)于焦作工學(xué)院，工程師，研究方向：煤田地質(zhì)測(cè)量。