GPS变形监测技术在矿山测量中的应用研究

摘 要：随着我国城市现代化建设进程的逐步推进，各行各业对矿产资源的需求量越来越大，开展地下开矿活动，不仅会在一定程度上改变原有的矿山地质环境，还会进一步影响地表的稳定性，而利用GPS测量技术能够对矿山地表位移与沉降进行有效的监测，准确地对地面点平面位移量及垂直位移的测量。文章通过论述GPS变形监测技术的内涵，分析了GPS变形监测技术在实际项目中的的应用，以期为GPS变形监测技术在矿山测量的应用提供参考。

关键词：GPS;变形监测;矿山测量

0 引言

地表变形监测可以有效地预防灾害的发生。随着社会对变形监测技术需求的增加，传统的地表变形监测技术已不能满足社会发展需求，而GPS作为一种全新的现代空间定位技术，具有监测速度快、准确度高、适应性强等优点，被广泛应用于变形监测中。随着GPS变形监测技术在各个领域的应用，GPS变形监测技术正朝着多学科交叉的方向发展，监测对象涉及到地表变形、高层建筑、矿山、公路等结构工程。同时随着测绘、遥感、GIS等技术水平的提升，GPS变形监测技术逐渐融合了RS与GIS技术，多技术的不断融合发展，极大地提高了GPS变形监测的准确性与快捷性。因此，对GPS变形监测技术的应用进行探讨具有重要的现实意义。

1 GPS变形监测技术概述

1.1 GPS 变形监测模式

GPS变形监测模式包括周期性监测模式和连续监测模式。周期监测模式是指那些变形速度慢，只在局部空间内进行GPS变形监测的小变形体变形监测。监测周期为月、年等，在同一测量点的相对位置确定测量情况。实际上，通常在观察点设置两个或多个GPS接收器，并进行一段时间的观察，然后，通过软件进行基线计算，把三维坐标（X0，Y0，Z0）作为变形监测的参考标准，并利用上述方法进行不规则复验，得到第i次的结果坐标（Xi，Yi，Zi），然后根据所获得的三维坐标差，以获得监测点的变形量。连续监测模式是指使用固定的仪器设备进行长期变形监测，通过获取连续监测信息数据获得高分辨率监测信息，从而获得连续监测信息。比如，在对大桥在非均匀荷载情况下的快速变形进行监测时，一般采用连续性监测，由于该种形式的监测密度较高（每秒钟即可采样一次），因此能够对每一个历元的位置进行计算。此外，如对大坝水位变化情况的监测、高层建筑振动测量等都需要用到GPS变形测量。就目前GPS变形监测技术的应用来看，GPS连续性监测可以采用静态与动态相对定位两种处理法观测，监测精度最高可达亚毫米级。

1.2 GPS 变形监测数据处理

GPS变形监测数据的处理主要是监测网络的计算和调整。GPS参考基线解算主要使用BERNESE软件和GAMIT GLOBK软件，在使用这些软件处理数据时，它主要分为两个步骤。首先，对从GPS原始数据获得的数据执行基线解，其次，通过使用同步网络解决方案来进行整体调整和分析，以获得GPS网络的整体解。

2 GPS变形监测技术在矿山测量中的应用

盂县--上峪公路从井田北部穿越，2010年山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司开始对矿井进行技改，2012年12月30日502首采面进入联合试运转阶段，开始试采，采用长臂一次采全高综合机械化采煤方法进行回采，开采15下号煤层，开采深度约290m，平均回采高度2.7m。自2013年3月份开始，502首采面上覆的盂县--上峪公路出现裂缝、塌陷，裂缝、塌陷范围从经线19688100至19688400，长度约450m。

鉴于公路上裂缝、塌陷逐渐发展，为车辆行驶安全考虑，山西省寿阳县公路局、山西省寿阳县国土局和山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司三方于2013年5月召开会议，会议决定：对盂县--上峪公路裂缝、塌陷段进行封闭，并委托山西科创地质工程有限公司对盂县--上峪公路裂缝、塌陷段下部502首采面采空区进行沉降观测，评价其稳定性。

2.1 GPS监测网布设

本工程共布置观测线6条，分别布置在502工作面切眼南侧20m、60m、150m、200m、260m、320m处，观测线长度均为300m，点距10m，共布设观测点186个。为观测公路路面沉降情况，沿勘查路段布设观测点73个，点距10m。采用祥升煤业提供的A04、J02测量控制点作为本工程的观测基点，该点距观测区约1km，其坐标、高程见表1。

2.2 测量技术方法

采用GPS RTK进行观测，具体工作步骤为：根据山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司提供的两个测量控制点求WGS84到北京54坐标系的转换参数，接着运用其他控制点验证转换参数，最后用GPS移动站测量每个观测点的坐标及高程。本工程观测期确定为12个月，观测周期开始每7天一次，后续根据沉降速率及沉降量的变化动态调整。

2.3 数据处理

截至目前共进行21次沉降观测（2013年9月寿阳县公路局组织修路，修路前沉降观测11次，修路后沉降观测10次），均根据山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司提供的兩个测量控制点求WGS84到北京54坐标系的转换参数，接着运用控制点验证转换参数，最后用GPS移动站测量每个观测点的坐标及高程。根据前后监测的高程差分析各观测点沉降变形量。

2.4 数据分析

寿阳盂县--上峪公路路基（经线19688200至19688350段，路线长度约250m）发生沉降，沉降观测期间发现最大沉降量达2.011m（25号点），路面裂缝最大宽度达8cm，最大落差4cm，路面最大坡度为2.8°。根据公路累计沉降量观测曲线图及公路沉降速率曲线图分析：沉降量及沉降速率呈漏斗状分布，采空变形反映到地表有一定的滞后性，变形速率在采后2个月左右达到峰值。观测期间，变形路段未发现阶梯式变形及陷坑，沉降速率相比呈先增大后减小趋势沉降速率曲线平滑，推断变形方式为渐变式，突变可能性极小。

3 GPS变形监测技术应用的优势

GPS在变形监测中应用的优势：首先，它可以快速获取监测点的三维坐标信息，在采用传统变形监测方法时，垂直位移和平面位移采用不同的方法进行监测，不仅监测工作量大，周期长，而且监测点和时间不易保持均匀。其次，无需查看每个工作站。传统的方法是监视地面的变形，仅当这些点彼此连通时，才可以执行变形观察，而现在使用GPS技术，只无需在两点之间进行通信，测量不受天气和气候的限制。此外，GPS接收机可用于测量大地测量高度的垂直位移，通过GPS定位获得的高程是大地测量高程，因为大地平面的间隙和异常的高度会导致标高的精度降低，所以完全有可能根据地面高程的变化监视垂直位移。最后，GPS的操作极为简单，并且易于对整个监测过程进行自动化处理。

4 结论与展望

矿山勘查是确保煤矿正常生产的条件之一， GPS变形监测弥补了传统监测方法的不足，相信随着科学技术的不断发展，GPS变形监测技术在各个行业的应用将更加地广泛。

参考文献：

[1]刘洋，王瑜，赵鹏飞.GPS变形监测信号提取在矿山测量中的应用分析[J].世界有色金属，2020（01）：40+42.

[2]刘勇，赵明磊.探讨GPS技术在地形复杂矿山变形监测中的应用[J].矿山测量，2019，47（03）：37-40.

作者简介：

裴绍军（1984- ），男，汉族，籍贯：甘肃天水，学历：本科，职称：初级，主要从事研究方向：测绘工程。