同煤集团TMCORS的建设与应用

李 林，张立晋，姚苗利

(1. 大同煤矿集团有限责任公司地质勘测处，山西 大同 037003； 2. 徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

徕卡测量新技术应用专栏

同煤集团TMCORS的建设与应用

李 林1，张立晋2，姚苗利1

(1. 大同煤矿集团有限责任公司地质勘测处，山西 大同 037003； 2. 徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

1 项目建设

1.1 建设意义及实施

同煤集团位于山西大同，是全国亿吨级动力煤生产企业之一；在其发展成为特大型国有现代化能源集团的同时，煤炭开采中也存在许多难题：①井田范围广、矿井位置分散、地形起伏大，野外测量工作量巨大；②地面沉陷导致大量地面控制点被破坏，精度和数量无法满足测量需求，恢复和维护成本高；③测量系统种类较多，数据统一性和标准性存在较多问题；④地面沉陷、裂缝情况日益增多，且范围较大，传统测量手段无法满足监测需求。鉴于此，同煤集团建设了GNSS连续运行参考站系统(简称TMCORS ) ，向下属煤矿提供精确定位、实时定位和移动目标导航等空间位置信息服务。

TMCORS 采用Leica GR10参考站接收机、AR10准扼流圈天线，配合Leica GNSS Spider和Spider Web软件，可以及时管理、查看、连续监测GNSS参考站和网络中的站点，并对多用户进行跟踪管理。建设初期在大同煤田建设3个连续运行参考站,基准站网络最长边46 km，最短边22 km，覆盖面积2123 km2，实现了矿区范围内的网络系统全覆盖(如图1所示)。

1.2 系统测试

1.2.1 坐标联测

坐标联测外业观测站点包括同煤连续运行基准站3个、联测山西省连续运行基准站网(SXCORS)已有的连续运行基准站7个、矿区独立坐标点3个，共计13个站。同时引入10个国际IGS站(如图2所示)，目的是将ITRF2005由IGS站传递到联测点，同时可以将联测点的坐标基准与CGCS2000坐标基准统一。数据处理采用GAMIT软件进行长基线处理策略，观测值采用LC_HELP，轨道松弛且估计对流层参数。

图2 所选择的IGS站点位分布示意图

本次坐标联测重复基线共计126条，重复性精度统计见表1。

表1 基线向量重复性统计

注：公式为a+b×10-8。其中，a为分量的固定误差,单位为mm；b为分量的相对误差。

为了获得CGCS2000基准下的TMCORS网基准站坐标，将上述获得的基线采用美国麻省理工学院(MIT)和Scripps海洋研究所(SIO)共同研制的GLOBK处理软件进行整体平差，获得各基准站在CGCS2000基准下的坐标。各基准站点位坐标精度统计见表2。由表2可知，基准站的点位精度高，X、Y、Z分量的精度都优于0.005 m。

表2 点位精度中误差统计 m

1.2.2 定位精度测试

在TMCORS覆盖区域及周边选择100～150个已知点，通过接收系统播发的VRS改正信息，以连续地形测量模式，按5 s采样速率进行随机测试，记录初始化时间和卫星数，统计得到WGS-84坐标系下的内符合精度和外符合精度(见表3)。

表3 TMCORS实时定位精度

1.2.3 系统兼容性测试

通过对各种型号的GNSS接收机，如Trimble 5700、R7、5800、R8，Leica 1200、Topcon Hiper、南方灵锐580等采用GPRS、CDMA等方式进行RTK实时动态作业测试，对仪器的初始化时间进行统计分析。初始化时间符合仪器规定值(见表4)。

表4 TMCORS初始化时间统计

TMCORS系统站点分布充分考虑了与地市级及以上城市CORS站点的衔接，避免了重复建设，有利于CORS系统功能的拓展。与山西省连续运行基准网及综合服务系统(SXCORS)在系统指标上是一致的，在用户端可以进行很好的兼容，能够实现良性整合。

2 TMCORS的系统应用

自从TMCORS验收合格后，同煤集团充分利用CORS系统覆盖范围广的优势，优化各下属矿作业流程，克服了以往因地形复杂、地势起伏大而造成生产效率低下的问题。

(1) 解决了不同坐标系之间的坐标转换问题。同煤集团利用TMCORS在CGCS2000基准下的基准站坐标，构建了大同矿区高精度动态框架基准，建立了区域内原始1954北京坐标系与1980西安坐标系之间的转换模型，解决了大同矿区不同坐标系统的高精度转换问题。

(2) 取代传统作业模式提高效率。主要应用在矿区1∶500地形图测图；施工所需钻孔及地面物探点的工程放样；各下属矿区地面控制网的完善及加密；配合无人机测图系统制作相控点等工作。

(3) 矿山地质灾害调查及地表岩移监测。各煤矿配备手持GPS设备，配合TMCORS的多用户管理系统，快速精确地测定开采沉陷区范围和地表裂缝位置，从而对地质灾害进行防治。使用TMCORS和传统水准测量方法对同一组观测点进行多次监测及数据分析，得到点高差较差分布在-5～5 mm之间，较差较小，可以利用TMCORS进行地表岩移监测。

(4) 事故应急抢险救援。近年来，井下水害安全隐患严重，建立应急抢险救援机制尤为重要。井下安全事故发生后，需要科学救援，为了确定井下被困人员位置并取得联系，需在地面打通通往井下的生命钻孔，当钻孔施工地区偏僻、地形复杂、地面控制网覆盖不足时，就无法快速确定钻孔位置。此时利用TMCORS全天候、高覆盖率的特点，即可快速准确地确定地面钻孔位置，为抢险救援赢得宝贵时间。

3 结束语

同煤集团TMCORS是专门为大同矿区矿山测量建立的测控网，是数字矿山的重要组成部分。经过两年的建设运行,主要技术指标达到并超过了设计要求。在事故抢险救援、GPS控制网建设、摄影测量与遥感、野外地形数据采集及成图、工程测量、地质灾害调查等方面发挥着巨大作用，为数字矿山地理信息数据采集提供了方便快捷的技术手段，矿山测绘工作进入了网络化、数字化、大众化阶段。