用GPS建立煤礦近井點(diǎn)

蘇軒，張愛生

(安陽大眾煤業(yè)有限責(zé)任公司，河南安陽 455141)

用GPS建立煤礦近井點(diǎn)

蘇軒?，張愛生

(安陽大眾煤業(yè)有限責(zé)任公司，河南安陽 455141)

介紹利用GPS建立礦井近井點(diǎn)的方法，討論方法的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)踐表明:利用GPS建立礦井近井點(diǎn)精度高，速度快，可全天候作業(yè)，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保證。

GPS；近井點(diǎn)；控制測(cè)量

1 引 言

安陽大眾煤業(yè)有限責(zé)任公司礦區(qū)位于安陽西北30 km，礦區(qū)范圍為東經(jīng)114°05′20″～114°07′06″，北緯36°10′12″～36°14′49″。由于井下巷道原有測(cè)量控制點(diǎn)變形破壞嚴(yán)重，為了滿足煤礦礦井?dāng)U建和新建主、副井安全生產(chǎn)的需要和對(duì)前期測(cè)量成果進(jìn)行檢校，需要進(jìn)行地面控制測(cè)量，建立近井點(diǎn)。

建立近井點(diǎn)可以采用三角測(cè)量、三邊測(cè)量等傳統(tǒng)方法，也可以采用交會(huì)法和導(dǎo)線測(cè)量法。相比而言，GPS精度高，速度快，可全天候作業(yè)。本文介紹利用GPS建立礦井近井點(diǎn)的方法和經(jīng)驗(yàn)。

2 坐標(biāo)系統(tǒng)和已有成果的利用

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

本次測(cè)量成果屬于1954年北京坐標(biāo)系，高斯正形投影3°帶，測(cè)區(qū)中央子午線為114°，高程采用1956年黃海高程系。

2.2 已有成果的利用

經(jīng)過測(cè)區(qū)踏勘和調(diào)查得知，河南省煤田地質(zhì)三隊(duì)2007年在本礦區(qū)進(jìn)行煤田勘探時(shí)布設(shè)了E級(jí)GPS控制網(wǎng)點(diǎn)5座，這些點(diǎn)目前保存完好。因此，確定使用這些E級(jí)GPS點(diǎn)作為測(cè)量的起算點(diǎn)。

3 儀器設(shè)備配置和近井點(diǎn)布設(shè)

3.1 儀器設(shè)備配置

本次投入2臺(tái)套南方天王星9800型雙頻GPS接收機(jī)和2臺(tái)套天王星9600單頻GPS接收機(jī)，其儀器標(biāo)稱精度為:

水平距離:±(5 mm＋1 ppm×D)

垂直距離:±(1 cm＋2 ppm×D)

所有儀器均經(jīng)過國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)鑒定，并在鑒定有效期內(nèi)使用。

3.2 近井點(diǎn)布設(shè)

近井點(diǎn)點(diǎn)位的選擇應(yīng)遵循以下原則:

(1)當(dāng)利用已有控制點(diǎn)時(shí)應(yīng)檢查該點(diǎn)的穩(wěn)定性及完好性；

(2)地面上的近井點(diǎn)應(yīng)選在利于保存施測(cè)方便的地方，一個(gè)井口至少設(shè)立一個(gè)近井點(diǎn)，并且與至少一個(gè)控制點(diǎn)通視；

(3)建筑物上的近井點(diǎn)應(yīng)選在便于聯(lián)測(cè)的樓頂承重墻上面，并且還要距離井口不應(yīng)多于一個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)；

(4)近井點(diǎn)上應(yīng)視野開闊并避開多路徑效應(yīng)的影響；

(5)近井點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離高壓輸電線和無線電發(fā)射裝置，其間距分別不小于50 m和200 m。

為滿足新建主、副井對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)的要求，在其周圍分別埋設(shè)了“Z1”、“Z2”和“F1”、“F2(魯仙東)”4座E級(jí)GPS控制點(diǎn)。

在新建副井附近埋設(shè)標(biāo)石F1，F(xiàn)2是利用原有舊控制點(diǎn)“魯仙東”；新建主井附近布設(shè)的測(cè)量控制點(diǎn)Z1和Z2，是分別在礦區(qū)職工宿舍樓頂上澆灌制作的標(biāo)石。

E級(jí)GPS網(wǎng)主要特征如表1。

GPS網(wǎng)主要特征 表1

4 GPS外業(yè)觀測(cè)

觀測(cè)前首先對(duì)GPS接受機(jī)進(jìn)行了預(yù)熱和靜置，接收機(jī)的安置利用腳架安置在標(biāo)志的上方，用測(cè)前經(jīng)過檢驗(yàn)、校正的光學(xué)對(duì)點(diǎn)器進(jìn)行對(duì)中、整平，對(duì)中誤差不超過3 mm，儀器高量取兩個(gè)方向，互差不大于3 mm，測(cè)前測(cè)后各量一次，取平均值輸入接受機(jī)中；取位至0.001 m。

接收機(jī)安置好后，經(jīng)檢查測(cè)站點(diǎn)號(hào)、觀測(cè)參數(shù)值、信號(hào)指示燈等正確無誤，然后按照當(dāng)天的作業(yè)計(jì)劃，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測(cè)。

為了評(píng)估外業(yè)觀測(cè)成果質(zhì)量，保證外業(yè)成果達(dá)到相應(yīng)等級(jí)精度，外業(yè)觀測(cè)及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和檢核，保證外業(yè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。外業(yè)采集的數(shù)據(jù)回來后即傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，并且檢查外業(yè)記錄和輸入的天線高是否有誤，使用南方靜態(tài)GPS數(shù)據(jù)后處理軟件GPSAdj進(jìn)行基線數(shù)據(jù)處理解算，同時(shí)這也是對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢驗(yàn)。

根據(jù)計(jì)算機(jī)處理輸出的基線質(zhì)量摘要，檢查基線方差比(Ratio)，中誤差(Rms)、周跳數(shù)、重復(fù)觀測(cè)邊精度和測(cè)站數(shù)據(jù)剔除率等。基線長(zhǎng)度都小于 10 km，使用L1頻率(單頻)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)處理，基線質(zhì)量都在限差以內(nèi)，由同步環(huán)和異步環(huán)閉合差檢驗(yàn)精度可以看到，解算后基線質(zhì)量都很理想。

GPS外業(yè)觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)見表2。

GPS外業(yè)觀測(cè)技術(shù)指標(biāo) 表2

5 E級(jí)GPS網(wǎng)的精度

5.1 GPS網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差

本次測(cè)量施測(cè)的E級(jí)GPS網(wǎng)平均邊長(zhǎng)0.6 km，因此，E級(jí)GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)精度即標(biāo)準(zhǔn)差為:

式中:E級(jí)GPS網(wǎng)固定誤差a＝10 mm，比例誤差b＝20 ppm，d為平均邊長(zhǎng)(單位/km)。

5.2 E級(jí)GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

(1)同步環(huán)檢驗(yàn):由于每個(gè)時(shí)段4臺(tái)GPS接收機(jī)同步觀測(cè)，因此每時(shí)段中同步環(huán)有5個(gè)，在外業(yè)數(shù)據(jù)處理后對(duì)各時(shí)段同步環(huán)進(jìn)行了檢驗(yàn)，并對(duì)組成GPS網(wǎng)的基線向量所在的同步環(huán)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，坐標(biāo)增量閉合差絕對(duì)值最大分別為 △x＝6.3 mm，△y＝6.1 mm，△z＝4.5 mm，都小于規(guī)范允許誤差。

(2)異步環(huán)檢驗(yàn):為了既要檢查統(tǒng)計(jì)出異步環(huán)閉合差大小，反映出GPS網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又減少不必要的大量統(tǒng)計(jì)工作，在異步環(huán)檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)獨(dú)立多邊形進(jìn)行了逐個(gè)檢查，GPS網(wǎng)中每條邊至少被檢查過一次。環(huán)線坐標(biāo)增量絕對(duì)值最大分別為 △x＝10.0 mm，△y＝16.8 mm，△z＝7.6 m，都小于允許誤差的1/2。

5.3 E級(jí)GPS網(wǎng)二維約束平差(1954北京坐標(biāo)系)

(1)起算數(shù)據(jù)的確定:二維約束平差采用平面與高程一起平差的方法。本次GPS網(wǎng)聯(lián)測(cè)的“GC09”、“BGLD”和“近井點(diǎn)1”3個(gè)已知點(diǎn)中，選擇其中兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行GPS網(wǎng)平差，平差后與另一個(gè)點(diǎn)的已知成果比較，其結(jié)果△x和△y均小于0.03 m，說明這3個(gè)起算點(diǎn)精度匹配且點(diǎn)位可靠。因此平面平差采用“近井點(diǎn)1”和“GC09”兩點(diǎn)起算，以“BGLD(辦公樓頂)”的成果作為檢核。

高程平差計(jì)算:采用“近井點(diǎn)1”和“GC09”兩點(diǎn)的高程值為起算依據(jù)，對(duì)礦區(qū)似大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合計(jì)算，推出4個(gè)近井點(diǎn)的正常高。結(jié)果用TOPCON GTS－332(2″級(jí))全站儀對(duì)近井點(diǎn)成果進(jìn)行檢查，△H＜2.0 cm。

(2)E級(jí)GPS網(wǎng)在1954北京坐標(biāo)系中約束平差精度見表3。從中可看出，E級(jí)GPS網(wǎng)各控制點(diǎn)精度遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

GPS網(wǎng)約束平差精度 表3

6 結(jié) 語

安陽大眾煤礦采用最先進(jìn)的全球定位系統(tǒng)技術(shù)建立近井點(diǎn)，使用雙頻GPS接收機(jī)，用精密星歷解算基線向量，為獲取高質(zhì)量的測(cè)量成果提供了技術(shù)保證；GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理，采用了精密數(shù)據(jù)處理軟件、精密星歷解算基線向量，其精度滿足煤礦測(cè)量規(guī)程和煤礦安全生產(chǎn)的要求。

[1]李曠建，李春紅.GPS在建立和改造城市控制網(wǎng)中應(yīng)用的若干問題[J].城市勘測(cè)，2005(1)

[2]施鳳翔.利用GPS技術(shù)建立控制測(cè)量新模式的探討[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2005(1)

[3]潘寶玉，傅文祥，劉彥長(zhǎng).臨淄區(qū)四等GPS網(wǎng)的布網(wǎng)特點(diǎn)及精度分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2001(9)

Application of GPS in Establishing Control Points Near Wells

Su Xuan，Zhang AiSheng
(Anyang Dazhong Coal Co.，Ltd，Anyang 455141，China)

This paper introduces the application of GPS in establishing the control points near the wells，discusses the advantages the method.Practice shows that the application of GPS improves the accuracy of the control points ensures the smooth progress of the construction，and it could give reference to similar project.

GPS；Control points near the well；Control survey

1672－8262(2010)02－76－02

P228

B

2009—07—18

蘇軒(1985—)，男，技術(shù)員，主要從事煤礦地質(zhì)測(cè)量技術(shù)工作。