李 林，張立晉，姚苗利

(1. 大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司地質(zhì)勘測處，山西 大同 037003； 2. 徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

徠卡測量新技術(shù)應(yīng)用專欄

同煤集團(tuán)TMCORS的建設(shè)與應(yīng)用

李 林1，張立晉2，姚苗利1

(1. 大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司地質(zhì)勘測處，山西 大同 037003； 2. 徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

1 項目建設(shè)

1.1 建設(shè)意義及實(shí)施

同煤集團(tuán)位于山西大同，是全國億噸級動力煤生產(chǎn)企業(yè)之一；在其發(fā)展成為特大型國有現(xiàn)代化能源集團(tuán)的同時，煤炭開采中也存在許多難題：①井田范圍廣、礦井位置分散、地形起伏大，野外測量工作量巨大；②地面沉陷導(dǎo)致大量地面控制點(diǎn)被破壞，精度和數(shù)量無法滿足測量需求，恢復(fù)和維護(hù)成本高；③測量系統(tǒng)種類較多，數(shù)據(jù)統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性存在較多問題；④地面沉陷、裂縫情況日益增多，且范圍較大，傳統(tǒng)測量手段無法滿足監(jiān)測需求。鑒于此，同煤集團(tuán)建設(shè)了GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(簡稱TMCORS ) ，向下屬煤礦提供精確定位、實(shí)時定位和移動目標(biāo)導(dǎo)航等空間位置信息服務(wù)。

TMCORS 采用Leica GR10參考站接收機(jī)、AR10準(zhǔn)扼流圈天線，配合Leica GNSS Spider和Spider Web軟件，可以及時管理、查看、連續(xù)監(jiān)測GNSS參考站和網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)，并對多用戶進(jìn)行跟蹤管理。建設(shè)初期在大同煤田建設(shè)3個連續(xù)運(yùn)行參考站,基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)最長邊46 km，最短邊22 km，覆蓋面積2123 km2，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全覆蓋(如圖1所示)。

1.2 系統(tǒng)測試

1.2.1 坐標(biāo)聯(lián)測

坐標(biāo)聯(lián)測外業(yè)觀測站點(diǎn)包括同煤連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站3個、聯(lián)測山西省連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)(SXCORS)已有的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站7個、礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)點(diǎn)3個，共計13個站。同時引入10個國際IGS站(如圖2所示)，目的是將ITRF2005由IGS站傳遞到聯(lián)測點(diǎn)，同時可以將聯(lián)測點(diǎn)的坐標(biāo)基準(zhǔn)與CGCS2000坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一。數(shù)據(jù)處理采用GAMIT軟件進(jìn)行長基線處理策略，觀測值采用LC_HELP，軌道松弛且估計對流層參數(shù)。

圖2 所選擇的IGS站點(diǎn)位分布示意圖

本次坐標(biāo)聯(lián)測重復(fù)基線共計126條，重復(fù)性精度統(tǒng)計見表1。

表1 基線向量重復(fù)性統(tǒng)計

注：公式為a+b×10-8。其中，a為分量的固定誤差,單位為mm；b為分量的相對誤差。

為了獲得CGCS2000基準(zhǔn)下的TMCORS網(wǎng)基準(zhǔn)站坐標(biāo)，將上述獲得的基線采用美國麻省理工學(xué)院(MIT)和Scripps海洋研究所(SIO)共同研制的GLOBK處理軟件進(jìn)行整體平差，獲得各基準(zhǔn)站在CGCS2000基準(zhǔn)下的坐標(biāo)。各基準(zhǔn)站點(diǎn)位坐標(biāo)精度統(tǒng)計見表2。由表2可知，基準(zhǔn)站的點(diǎn)位精度高，X、Y、Z分量的精度都優(yōu)于0.005 m。

表2 點(diǎn)位精度中誤差統(tǒng)計 m

1.2.2 定位精度測試

在TMCORS覆蓋區(qū)域及周邊選擇100～150個已知點(diǎn)，通過接收系統(tǒng)播發(fā)的VRS改正信息，以連續(xù)地形測量模式，按5 s采樣速率進(jìn)行隨機(jī)測試，記錄初始化時間和衛(wèi)星數(shù)，統(tǒng)計得到WGS-84坐標(biāo)系下的內(nèi)符合精度和外符合精度(見表3)。

表3 TMCORS實(shí)時定位精度

1.2.3 系統(tǒng)兼容性測試

通過對各種型號的GNSS接收機(jī)，如Trimble 5700、R7、5800、R8，Leica 1200、Topcon Hiper、南方靈銳580等采用GPRS、CDMA等方式進(jìn)行RTK實(shí)時動態(tài)作業(yè)測試，對儀器的初始化時間進(jìn)行統(tǒng)計分析。初始化時間符合儀器規(guī)定值(見表4)。

表4 TMCORS初始化時間統(tǒng)計

TMCORS系統(tǒng)站點(diǎn)分布充分考慮了與地市級及以上城市CORS站點(diǎn)的銜接，避免了重復(fù)建設(shè)，有利于CORS系統(tǒng)功能的拓展。與山西省連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)網(wǎng)及綜合服務(wù)系統(tǒng)(SXCORS)在系統(tǒng)指標(biāo)上是一致的，在用戶端可以進(jìn)行很好的兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)良性整合。

2 TMCORS的系統(tǒng)應(yīng)用

自從TMCORS驗收合格后，同煤集團(tuán)充分利用CORS系統(tǒng)覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，優(yōu)化各下屬礦作業(yè)流程，克服了以往因地形復(fù)雜、地勢起伏大而造成生產(chǎn)效率低下的問題。

(1) 解決了不同坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。同煤集團(tuán)利用TMCORS在CGCS2000基準(zhǔn)下的基準(zhǔn)站坐標(biāo)，構(gòu)建了大同礦區(qū)高精度動態(tài)框架基準(zhǔn)，建立了區(qū)域內(nèi)原始1954北京坐標(biāo)系與1980西安坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換模型，解決了大同礦區(qū)不同坐標(biāo)系統(tǒng)的高精度轉(zhuǎn)換問題。

(2) 取代傳統(tǒng)作業(yè)模式提高效率。主要應(yīng)用在礦區(qū)1∶500地形圖測圖；施工所需鉆孔及地面物探點(diǎn)的工程放樣；各下屬礦區(qū)地面控制網(wǎng)的完善及加密；配合無人機(jī)測圖系統(tǒng)制作相控點(diǎn)等工作。

(3) 礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及地表巖移監(jiān)測。各煤礦配備手持GPS設(shè)備，配合TMCORS的多用戶管理系統(tǒng)，快速精確地測定開采沉陷區(qū)范圍和地表裂縫位置，從而對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防治。使用TMCORS和傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量方法對同一組觀測點(diǎn)進(jìn)行多次監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，得到點(diǎn)高差較差分布在-5～5 mm之間，較差較小，可以利用TMCORS進(jìn)行地表巖移監(jiān)測。

(4) 事故應(yīng)急搶險救援。近年來，井下水害安全隱患嚴(yán)重，建立應(yīng)急搶險救援機(jī)制尤為重要。井下安全事故發(fā)生后，需要科學(xué)救援，為了確定井下被困人員位置并取得聯(lián)系，需在地面打通通往井下的生命鉆孔，當(dāng)鉆孔施工地區(qū)偏僻、地形復(fù)雜、地面控制網(wǎng)覆蓋不足時，就無法快速確定鉆孔位置。此時利用TMCORS全天候、高覆蓋率的特點(diǎn)，即可快速準(zhǔn)確地確定地面鉆孔位置，為搶險救援贏得寶貴時間。

3 結(jié)束語

同煤集團(tuán)TMCORS是專門為大同礦區(qū)礦山測量建立的測控網(wǎng)，是數(shù)字礦山的重要組成部分。經(jīng)過兩年的建設(shè)運(yùn)行,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到并超過了設(shè)計要求。在事故搶險救援、GPS控制網(wǎng)建設(shè)、攝影測量與遙感、野外地形數(shù)據(jù)采集及成圖、工程測量、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等方面發(fā)揮著巨大作用，為數(shù)字礦山地理信息數(shù)據(jù)采集提供了方便快捷的技術(shù)手段，礦山測繪工作進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、大眾化階段。