張麗霞 何 苗

（山西省大同市同煤集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037003）

隨著煤礦開(kāi)采的深入，采空區(qū)的數(shù)量和面積進(jìn)一步擴(kuò)大，會(huì)造成礦區(qū)的巖體變形、地面塌陷、地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，必須加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)地表沉降的監(jiān)測(cè)。同煤集團(tuán)馬脊梁礦以往采用全站儀來(lái)對(duì)煤礦沉降問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但cm級(jí)精度的GPS-RTK測(cè)量也逐漸應(yīng)用于煤礦沉降監(jiān)測(cè)之中，對(duì)比全站儀技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)。采用GPS-RTK與全站儀來(lái)對(duì)馬脊梁礦進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)的工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，結(jié)果表明GPS-RTK與全站儀二者數(shù)據(jù)具有一致性，GPS-RTK能夠用于煤礦沉陷監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中。

1 GPS-RTK技術(shù)觀測(cè)的理論精度分析

采用GPS-RTK進(jìn)行煤礦沉降的監(jiān)測(cè)，平面精度為3+0.5ppm×D，最弱點(diǎn)在離參考站距離最遠(yuǎn)處即走向線終點(diǎn)處，距離D=10km，則：

最弱點(diǎn)位誤差：

高程精度為5+0.5ppm×D，最弱點(diǎn)在距離參考站最遠(yuǎn)的地方即走向線終點(diǎn)處，距離D =10km，于是：

最弱點(diǎn)高程誤差：

從最弱點(diǎn)位誤差和最弱點(diǎn)高程誤差可知，該精度均優(yōu)于全站儀測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量的精度。采用GPS-RTK技術(shù)對(duì)煤礦地面沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)理論精度是可行的。

2 提高GPS-RTK進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)精度措施

提高GPS - RTK進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)的精度，一方面要提高GPS-RTK測(cè)量過(guò)程精度，另一方面是要提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程的精度。

2.1 提高GPS-RTK測(cè)量過(guò)程精度

在進(jìn)行GPS-RTK測(cè)量前，對(duì)觀測(cè)歷元數(shù)量與測(cè)量精度之間的關(guān)系進(jìn)行了大量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著觀測(cè)歷元數(shù)的增加，GPS-RTK測(cè)量數(shù)據(jù)的精度在不斷提高。當(dāng)觀測(cè)歷元個(gè)數(shù)為20個(gè)時(shí)是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，此時(shí)測(cè)量精度尤為明顯，平面內(nèi)符合精度為5mm，高程內(nèi)符合精度為9mm。當(dāng)觀測(cè)歷元個(gè)數(shù)達(dá)50個(gè)后，測(cè)量數(shù)據(jù)精度變化不大，處于較為平緩的狀態(tài)。綜合精度及測(cè)量效率等因素，本次GPS-RTK測(cè)試確定每測(cè)點(diǎn)觀測(cè)20個(gè)歷元。

2.2 提高觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確性

當(dāng)前采用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量獲得數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，必須要將其轉(zhuǎn)換為我國(guó)地質(zhì)測(cè)繪常用的西安80坐標(biāo)系。采用不同的轉(zhuǎn)化方法所得到的數(shù)據(jù)精度是不同的，經(jīng)對(duì)比分析，本次測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用“七參數(shù)”轉(zhuǎn)化法?；谒捎玫墓颤c(diǎn)坐標(biāo)誤差的存在，求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)隨即也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響誤差，因此必須確定精度高、分布均勻的公共點(diǎn)，從而提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度。

3 GPS-RTK的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)精度分析

3.1 測(cè)量區(qū)域的概況

本次主要是對(duì)馬脊梁礦的二、三采區(qū)進(jìn)行測(cè)量，整個(gè)測(cè)量區(qū)域面積為18.5km2，測(cè)量區(qū)域內(nèi)以山地和丘陵為主。隨著馬脊梁礦二、三采區(qū)的進(jìn)一步開(kāi)采，井下采空區(qū)數(shù)量和面積不斷擴(kuò)大，區(qū)域內(nèi)發(fā)生了一定程度的地面沉降和地面裂縫，這類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害將會(huì)嚴(yán)重危害到該煤礦生產(chǎn)的安全，因此必須要對(duì)該礦二、三采區(qū)內(nèi)的地面沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用傳統(tǒng)全站儀技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在采集沉降數(shù)據(jù)的同時(shí)還將采用GPS-RTK新技術(shù)進(jìn)行地面沉降監(jiān)測(cè)，對(duì)兩種不同的地面監(jiān)測(cè)技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

在設(shè)定的測(cè)量區(qū)域內(nèi)共確定13個(gè)點(diǎn)，分別為A01、A02、A03……A13，其中 A01和 A05為已知基準(zhǔn)點(diǎn)，其余11個(gè)點(diǎn)為變形點(diǎn)。布置情況如圖1所示。

圖1 測(cè)量區(qū)域內(nèi)的檢測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 測(cè)量區(qū)域內(nèi)平面精度分析

為了檢驗(yàn)GPS-RTK技術(shù)在煤礦地面沉降監(jiān)測(cè)中的精度，必須進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)站點(diǎn)檢核措施。GPSRTK技術(shù)和全站儀所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)如表所示。

表1 坐標(biāo)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

通過(guò)表2數(shù)據(jù)可知，各觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)值高度一致，可以認(rèn)定GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的平面精度高，可以用于地面沉降的監(jiān)測(cè)。

3.3 測(cè)量區(qū)域內(nèi)高程精度分析

高程值是煤礦地面沉降監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)數(shù)據(jù)。采用GPS-RTK新技術(shù)進(jìn)行地面沉降監(jiān)測(cè)采集到相應(yīng)觀測(cè)值，同時(shí)將其與水準(zhǔn)儀觀測(cè)所取得的高程值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可知，GPS-RTK技術(shù)與水準(zhǔn)儀所監(jiān)測(cè)的高程值基本一致，高程差值在合理范圍內(nèi)。

基于測(cè)量區(qū)域內(nèi)的平面坐標(biāo)精度分析和高程精度分析可知，GPS-RTK技術(shù)在該測(cè)量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地面沉降監(jiān)測(cè)所采集的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)測(cè)量所采集的數(shù)據(jù)具有高度的一致性。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度上來(lái)講，GPSRTK技術(shù)可以大面積地應(yīng)用于煤礦地面變形沉降的監(jiān)測(cè)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)地面變形的跟蹤監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)工作效率。

表2 高程值對(duì)比分析數(shù)據(jù)表

4 總結(jié)

理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析均表明GPS-RTK用于煤礦地面沉降監(jiān)測(cè)的精度是滿(mǎn)足觀測(cè)精度要求的。對(duì)比于傳統(tǒng)的全站儀監(jiān)測(cè)，GPS -RTK技術(shù)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）CPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量監(jiān)測(cè)采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，整體工作效率高。利用1臺(tái)流動(dòng)站可完成多個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，大大縮短了傳統(tǒng)測(cè)量的工作時(shí)間。

（2）測(cè)量定位精度高。在采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，要求公共點(diǎn)分布均勻，這一要求消除了測(cè)量的誤差積累，提高了地表變形參數(shù)測(cè)量的精度。

（3）測(cè)量的成本低。GPS-RTK技術(shù)測(cè)量時(shí)，觀測(cè)點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)之間不要求通視，觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)量大大減小，從而有效降低了測(cè)量的時(shí)間成本。

（4）測(cè)量操作簡(jiǎn)便。GPS-RTK技術(shù)測(cè)量時(shí)，1個(gè)流動(dòng)站只需要1名工作人員進(jìn)行測(cè)量的操作，在對(duì)基準(zhǔn)站設(shè)置后，設(shè)備可以自動(dòng)運(yùn)行并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，比傳統(tǒng)測(cè)量節(jié)約多名工作人員。

總之，將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于煤礦地面沉降觀測(cè)之中是可行的，測(cè)量精度也達(dá)到要求。GPSRTK技術(shù)具有的簡(jiǎn)便、快捷性為其推廣應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。