柴文彥

（陽煤集團安澤登茂通煤業(yè)有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

在實際的測量工作進行中，地面控制系統(tǒng)會存在不同程度的破壞。而破壞之后的測量系統(tǒng)很難滿足礦區(qū)的測量精度要求，同時井田范圍內(nèi)的地形地貌也發(fā)生了較大程度的變化。為有效保證測量工作的高效精確的進行，需要對礦井的出壓煤量做出較為準確的計算?；诖斯こ态F(xiàn)狀，某煤礦對其礦井的平面控制網(wǎng)進行了重新的布置，對井田的地形圖按照1∶3000的比例進行了重新測量。由于陀螺經(jīng)緯儀在測量過程中不會受到地球磁場及外部氣候環(huán)境的影響，因此可以根據(jù)實際需要確定目標(biāo)的位置，同時借助陀螺經(jīng)緯儀對地質(zhì)環(huán)境進行了偏心觀測。

1 測量系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

雙頻RTK系統(tǒng)由基準站、流動站及通訊系統(tǒng)組成[1]?；鶞收局饕瑪?shù)據(jù)發(fā)射臺、雙頻接收器、電源、GPS天線、電臺天線及支架等部分。移動站主要包含電臺天線、GPS天線、雙頻接收器、數(shù)字信號接收器及電源、支架等組成，同時還包含多RTK收集到的數(shù)據(jù)通過掌上控制器進行分析匯總，同時還包含對中桿等附屬裝置。

1.2 工作原理

RTK測量系統(tǒng)是一種以載波相位為測量依據(jù)的GPS測量技術(shù)，它的測量過程屬于實時動態(tài)測量[2]?；竟ぷ髟頌椋夯鶞收緦⒔邮盏降男l(wèi)星信號（包括測量偽距及載波相位測量值）和基準站的基本信息（包括基準站的坐標(biāo)，GPS天線高度等）都通過RTK測量系統(tǒng)傳送到移動站，移動站不僅需要接收衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù)，同時還需要接收基準站傳送的數(shù)據(jù)。當(dāng)移動站的數(shù)據(jù)進行初始化操作之后，可以將其接收的數(shù)據(jù)信息傳送至電腦的信息控制器內(nèi)進行后續(xù)操作。收集的數(shù)據(jù)可以進行實時求解，得出兩個測量點之間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過兩個站上的GPS觀測值用on the fly算法計算載波的整周模糊度，再由一定的相對定位數(shù)學(xué)模型計算出移動站所在點的精確坐標(biāo)及各種精度指標(biāo)。此項操作對于接收器有較高的要求，通常情況下RTK系統(tǒng)的測量精度可以精確到厘米級。

2 測量方法

2.1 基準站選擇

由于GPS衛(wèi)星發(fā)射器位于距離地表約為兩萬公里的高空中，因此，衛(wèi)星發(fā)出的信號會受到大氣中對流層及電離層的干擾[3]。最終導(dǎo)致地面基準站接收到的信號僅有50～180 dB。如果需要在發(fā)射的無線電波中尋找到需要的GPS信號數(shù)據(jù)，需要保證基準站遠離容易產(chǎn)生電磁干擾的電子設(shè)備，常見的干擾設(shè)備包括電視臺、微波站、變電站及信號發(fā)射塔等無線電子設(shè)備。此外，當(dāng)基準站周圍存在較多反射物時也會對測量的精度產(chǎn)生影響。

根據(jù)測量地區(qū)的相關(guān)地質(zhì)資料，測量范圍內(nèi)共設(shè)置五個平面控制點，經(jīng)過實地勘查后結(jié)果證明五個平面控制點均能夠滿足測量精度的需求。五個測點中除水塔點以外都設(shè)置有雙層鐵質(zhì)標(biāo)架，為GPS測量造成了極大的困擾。其中，卜村測點附近由于存在居民建筑物遮擋，給測量工作帶來了極大的困擾，而昭慶測點由于距離測量位置較遠，因此設(shè)置其余三個控制點作為基準站。各基準站的控制點建立如下頁圖1所示。

2.2 移動站設(shè)定

如圖1所示，在整個測區(qū)內(nèi)共設(shè)置26基本測點，其中包含3個高級測點。根據(jù)此礦的測量區(qū)域要求及后期的繪圖精度要求，需要對第一層的平面布置網(wǎng)系統(tǒng)進行布設(shè)。根據(jù)各測點的設(shè)置情況，測點有些位于礦井附近的稻田及公路上，有些位于居民建筑物上。由于礦井的平面布置網(wǎng)屬于D級平面網(wǎng)，根據(jù)測量規(guī)程規(guī)定，測點的澆筑可以采用混凝土澆灌模式，測點的基地為普通的標(biāo)石。

圖1 測量目標(biāo)礦GPS控制網(wǎng)圖

2.3 平面測量坐標(biāo)的確定

已有的GPS測量結(jié)果是基于WGS-84體系下的，但目前關(guān)于測量數(shù)據(jù)的精度要求需要依據(jù)Beijing-54或測量區(qū)域當(dāng)?shù)氐臏y量標(biāo)準，因此，測量需要根據(jù)測量地區(qū)的實際地質(zhì)情況及相關(guān)的測量規(guī)范進行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換工作。在靜態(tài)測量條件下，大多數(shù)測量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換需要在后臺進行，但RTK的測量方法屬于實時數(shù)據(jù)，在測量過程中需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H坐標(biāo)情況調(diào)整控制器上預(yù)先配置的軟件處理系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以將測量得到的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換為用戶最終需要的測量結(jié)果。

測量區(qū)域面積（S）為7.5 km2，選定的測區(qū)位于第6區(qū)域內(nèi)的第20帶，此區(qū)域的中央子午線為117°，平均橫坐標(biāo)值（Xq）為6.5 km，整個區(qū)域內(nèi)的地面標(biāo)高（H）為35 m。依據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)計算投影長度的變形值，具體計算方法為：δ=（0.001 23Xq-此測量值不在±2.5的范圍內(nèi)，小于目前《城市測量規(guī)范》中的規(guī)定值。由此，本文選用的測區(qū)選擇的坐標(biāo)系類型為高斯正形平面直角坐標(biāo)系，子午線位置的選擇仍為117°，水平投影選擇的投影平面為黃海的平均海平面。

2.4 控制網(wǎng)的測量方法

在進行野外測量時需要選用6臺GPS測量儀同時進行測量工作，觀測的方式以同步觀測為主、異步觀測為輔，整體的測量選擇動態(tài)的測量方式。由于測量工作需要分時段測量，每次測量的時間間隔基本在50 min左右，在完成規(guī)定測量任務(wù)的同時應(yīng)當(dāng)保證某些邊界存在重復(fù)測量的情況，測量的限差及精度都應(yīng)當(dāng)滿足國家相關(guān)測量規(guī)定的要求。在本次測量過程中，相關(guān)參數(shù)的測量要求如表1所示。

在測量過程中，由于位于官口及后邵的兩個測點處都安裝有鐵質(zhì)的雙層標(biāo)架，導(dǎo)致架設(shè)GPS進行觀測時存在較大的困難。由此，在進行GPS觀測工作時，需要依托經(jīng)緯儀采取偏心觀測的觀測方法，將觀測的距離控制在4 050 m之間，利用高精度測量儀對兩點之間的距離進行精確測量，從而得出對應(yīng)測點的坐標(biāo)。

表1 控制網(wǎng)施測標(biāo)準要求

為保證測量結(jié)果的準確性，在測量工作開始前，首先需要根據(jù)測量的計劃編制對應(yīng)的測量計劃表，在測量前預(yù)先對用于測量工作的GPS進行監(jiān)測監(jiān)控。同時，在測量的過程中需要根據(jù)觀測前確定的觀測時間間隔進行同步觀測，信號接收器需要在每一次觀測工作開始前完成設(shè)備的靜置及預(yù)熱處理。每次測量結(jié)束后需要按照預(yù)先設(shè)置的測量規(guī)定完成各項測量數(shù)據(jù)的記錄工作，同時在測量過程中及時對測量設(shè)備的穩(wěn)定情況進行監(jiān)測。在每時段完成測量工作之后需要對天線高度分別測量，保證兩次天線測量的高度差在3 mm以內(nèi)，數(shù)據(jù)處理時選擇兩次測量數(shù)據(jù)的平均值作為天線的高度值。

3 測量精度評估標(biāo)準

根據(jù)測量區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件設(shè)定的平面控制網(wǎng)系統(tǒng)共包含基線82條，其中長度最長的基線長度可以達到9 300 m，最短的基線長度僅為135 m，整個平面控制系統(tǒng)內(nèi)的基線平均長度為1 530 m，各基線之間相互交匯共形成75個閉合的環(huán)狀測量區(qū)域。各閉合圈中最大的閉合差為2.7×10-6，最小閉合差為0.05×10-6，各點之間的均方差最大值可達0.063 m，最小均方差值0.062 m。通過對測量得到的數(shù)據(jù)進行分析匯總后可知處理之后二維平差的最大精確度可達到1/58 363，最小的精確度可以達到1/1 113 172 153，這些測量值都能夠滿足測量規(guī)范要求。測量過程中對高程值的處理主要為二次曲面擬合，但由于通過GPS測量得到的高程值精度較低，同時測量區(qū)域存在高程異常的情況，因此，此次測量工作得到的高程值不能作為施工指導(dǎo)數(shù)據(jù)，僅能作為參考。

4 結(jié)論

1）在測量過程中將雙頻RTK系統(tǒng)于高精度陀螺經(jīng)緯儀結(jié)合進行測量工作，通過高精度經(jīng)緯儀的測量有效解決了測量過程中的偏心問題及已知基站數(shù)據(jù)不完善等問題，有效提高了測量的精度及測量效率。

2）GPS測量技術(shù)具有測量效率高、自動化程度高、測量精度高及工作時間較長等特點，同時在測量的過程中不會被外部環(huán)境因素及測量區(qū)域內(nèi)的障礙物干擾。有效節(jié)省了野外測量的工作時間，同時配備有專用的數(shù)據(jù)處理軟件，在提高測量精度的同時有效增加測量的效率。