矿山地表测量中GPS-RTK 定位技术的应用研究

2022-01-15王进

山东煤炭科技 2021年12期

王进

（晋能控股煤业集团地测勘探有限公司，山西大同 037003）

随着对矿区的不断开采，矿区周围的环境也在随着开采程度而不断变化，相应的采空区也会不断增多。这种大规模的采空区会对地表的岩石层产生巨大影响，导致出现岩层的变形、地面的裂缝、局部地形的塌陷等情况，对矿区的安全产生巨大的威胁，因此，对矿区地表环境的监测显得十分重要。本文通过使用平面精度为（3+0.55D×106）mm 和高程精度为（5+0.55D×106）mm 的GPS-RTK 技术对煤峪口矿的14 号矿区进行测量分析。

1 工程概况

煤峪口矿位于大同市大同煤田的南西部，主要为平缓的丘陵地形，沟谷发育，支沟呈羽状分布，最高点在井田西南部南信庄北面，地表标高1 362.4 m，最低点在四号井的西面，地表标高1 058.2 m，最大的相对高度差为304.2 m。其主要含煤地层为大同组含煤层，厚约233.46 m，可采煤层共有10层，煤层总厚度17.69 m，主要开采的14 号煤层厚0～4.77 m，平均厚度2.0 m，含1～2 层夹石，煤层较稳定。地层主要由灰白色中、粗砂岩，细砂岩，灰色、深灰色粉砂岩，砂质泥岩和煤组成。为了保证开采安全，获取该煤矿的地表移动变形规律，运用GPSRTK 技术对其进行测量。

2 GPS-RTK 定位技术

2.1 组成部分

GPS-RTK 技术的测量系统一共由3 部分组成，包括GPS 的接收装置、数据传输装置和进行测量的软件系统。

（1）GPS 的接收装置。在设备的基准站和流动站[1]之间建立双频的GPS 接收器，以此来确保测量的精度，而且能够迅速地算出整周的未知数。有两个及以上的用户使用设备的基准站时，GPS 接收器设置的采样率要与用户方面的采样率一致，避免发生错误。

（2）数据传输装置。该装置也是一种数据链，由设备基准站的发射站和流动站的接收站组合而成。数据传输装置的频率大小与数据到接收站的距离、传输的环境条件以及数据传输速率有关。

（3）软件系统。软件系统主要用来进行测量，有实时动态、准动态以及静态[2]三种工作模式，可以快速地对目标进行测量、计算以及对结果的整理分析，有效降低了测量人员的工作强度。

测量原理如图1。

图1 测量原理图

2.2 基准站的选择

整个设备的基准站是全部测量的基础点，测量结果的精准性与基准站的设置地点有关，所以对于基准站的安放地点的选择必须仔细考虑。为了测出来的数据更加的合理，保证测量结果的精准性，基准站的安置可以遵循以下几个方面：

（1）选择自己熟知的地点或者地形条件好的位置进行基准站的安装，如视野良好、地理位置较高、电台能够覆盖到的地区。

（2）基准站周围要保持空旷，排除一切外在的干扰源，防止其他设备的存在对装置的干扰导致数据不准确。

（3）基准站装置的天线要装在接收装置的附近能接收卫星覆盖的地方，避免在其他地方卫星无法覆盖导致无法接收到数据。

2.3 装置的使用

使用GPS-RTK 技术测量出的结果的准确性与机器的抗干扰能力和性能有关，除此之外也和操作人员的操作能力有关。测量过程中主要是通过卫星与接收装置之间的数据传播，这期间存在着系统的误差，属于无法消除的误差，只能通过对操作能力的不断加强来尽量缩小误差。要了解卫星方面的信息，要在适当的时间段进行测量，接收装置的POOD 值设置在6 左右，降低卫星与接收装置在定位方面的误差，保证测量结果的精确度。

3 测量分析

在用GPS-RTK 技术测量时，测量出的结果是WCG-84[3]形式坐标，这种坐标和实际使用的坐标系是不一致的。实际测量时，先对测量矿区的基本转换参数进行测定，最后将测出来的结果进行转换，转换成正常参数。

实际测量的测量矿区的面积大约有15 km2，以山地形式为主，由于开采过程的不断进行，整个开采的规模不断加大，许多地方的地形都出现了沉降现象[4]，对整个煤矿的开采安全有一定的威胁。为了保证整个煤矿能够安全有效的开采，现在对出现沉降现象的地区进行监测。用GPS-RTK 测量方法进行观测，对测量出来的结果进行分析，在整个测量地区选定了10 个观测点，如图2。