煤田地質(zhì)測量中GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

劉曉東

（河南神火集團(tuán)薛湖煤礦，河南永城　476600）

煤田地質(zhì)測量中GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

劉曉東

（河南神火集團(tuán)薛湖煤礦，河南永城476600）

煤田地質(zhì)控制測量是路線勘測設(shè)計的基礎(chǔ)，隨著煤田的興建，對煤田勘測提出了更高的要求，由于礦井長且已知點少，因此，用常規(guī)手段不僅布網(wǎng)困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點正好可以滿足這一要求。本文在吸收國內(nèi)外GPS定位技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對GPS在煤田地質(zhì)工程測量中的理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究了GPS數(shù)據(jù)處理的流程，給出并分析了GPS煤田地質(zhì)控制測量的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

GPS煤田地質(zhì)測量數(shù)據(jù)處理

1　GPS在煤田地質(zhì)工程中的應(yīng)用

我國自80年代末石油部、總參測繪局、國家測繪局等陸續(xù)進(jìn)口了GPS接收機(jī)并展開了各方面的研究工作。GPS在煤田地質(zhì)工程中的應(yīng)用主要包括：煤田地質(zhì)控制測量、煤田地質(zhì)測量等。 在煤田地質(zhì)工程中首先引入GPS的是煤田地質(zhì)控制測量。煤田地質(zhì)控制測量是路線勘測設(shè)計的基礎(chǔ)，隨著煤田的興建，對煤田勘測提出了更高的要求，由于礦井長且已知點少，因此，用常規(guī)手段不僅布網(wǎng)困難而且難以滿足高精度的要求，而GPS高精度的特點正好可以滿足這一要求［1］。在煤田地質(zhì)控制測量中通常采用靜態(tài)相對定位技術(shù)，也就是至少有兩臺GPS接收機(jī)同時觀測，經(jīng)處理后可以精確獲得兩點的三維坐標(biāo)差，根據(jù)其中一點的坐標(biāo)可推算出另一點的坐標(biāo)［2］。由于靜態(tài)相對定位精度高，因此廣泛應(yīng)用于大地測量、形變監(jiān)測等高精度測量領(lǐng)域。同樣靜態(tài)相對定位技術(shù)將在相當(dāng)廣泛的范圍內(nèi)逐步地取代以往的常規(guī)測量方法廣泛應(yīng)用于煤田地質(zhì)控制測量中，如用于建立路線精密控制網(wǎng)、橋隧精密控制網(wǎng)等。隨著應(yīng)用理論研究的深入以及作業(yè)規(guī)范的建立和完善，靜態(tài)相對定位技術(shù)將會更好的為煤田地質(zhì)工程中的控制測量服務(wù)。RTK技術(shù)可與常規(guī)全站儀相結(jié)合，充分發(fā)揮GPS無需通視以及常規(guī)全站儀靈活方便的優(yōu)點，把兩者相結(jié)合，可滿足煤田地質(zhì)工程各種場合測量工作的需要，并大大加快觀測速度，提高觀測質(zhì)量，形成新一代的線路勘測系統(tǒng)。RTK與常規(guī)全站儀相結(jié)合的應(yīng)用是煤田地質(zhì)測設(shè)測量技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。

2　精度評估方法

GPS數(shù)據(jù)處理通常包括為三個步驟：一、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；二、基線處理；三、網(wǎng)平差。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備根據(jù)實際工作的不同有所變化，一般包括數(shù)據(jù)下載、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查及觀測文件合并等工作。 GPS數(shù)據(jù)處理的第二步是進(jìn)行基線處理?；€處理通常單天進(jìn)行，即按每天一個時段進(jìn)行基線的處理。通?；€處理軟件一次只能解算一個時段同步觀測站的數(shù)據(jù)（目前最長的一個時段的長度為一天），而且解的形式是基線解，我們將它稱為基線單天解。網(wǎng)平差是把不同時段的基線單天解進(jìn)行統(tǒng)一處理。合并多時段解的常用方法是最小二乘平差法，這通常是法方程迭加過程。除用最小二乘平差法外，還可以用卡爾曼濾波法，卡爾曼濾波法的好處在于它計算速度較快，節(jié)約內(nèi)存等。我們假定測站坐標(biāo)、衛(wèi)星軌道參數(shù)以及地球定向參數(shù)是隨機(jī)變化的，即認(rèn)為這些參數(shù)是隨機(jī)漫步的（Random walk），可以用馬爾科夫過程描述它。GPS常用評價站坐標(biāo)精度的指標(biāo)是多時段基線重復(fù)性和多時段坐標(biāo)重復(fù)性?；€重復(fù)性計算模型：

上式（1）中 i為觀測時段，sσ為基線 s的重復(fù)性統(tǒng)計值，iσ為第i時段基線 s的中誤差，iR為第1時段基線解算結(jié)果， N為總的時段數(shù)，為基線結(jié)果的加權(quán)平均值。有：

圖1　某煤田地質(zhì)控制點位分布

基線結(jié)果的評價還以基線長度與誤差的關(guān)系來衡量，有兩種形式：

這里的 ，，，a b c d四個參數(shù)可以根據(jù)基線長度和它的重復(fù)性統(tǒng)計值sσ擬合出來。也有以基線的三個分量分別檢驗它的重復(fù)性的，這三個分量是南北分量snσ，東西分量sRσ和高程分量suσ。

3　數(shù)據(jù)處理實例與精度分析

3.1某大地控制網(wǎng)聯(lián)測結(jié)果

以下給出了兩個大地控制點的計算結(jié)果。一個未知點是F007，位于東南地區(qū)，觀測儀器是捷創(chuàng)力2202。觀測日期是1999年6月19日（UTC）年積日為1700。另一未知點是JB32，位于西北地區(qū)，觀測儀器是AshtechZ12。觀測日期是1999年7月23日（UTC），年積日為2040。以兩小時為觀測時段長度，一天數(shù)據(jù)按12個測段分別進(jìn)行計算。表中列出了12個測段三個坐標(biāo)分量 N， E， U的計算值與己知值（多天觀測平差結(jié)果）之差（表中第2，4｝6列），和對應(yīng)的計算精度（表中第3，5，7列）的平均值、最大值、最小值以及12個測段的重復(fù)性（重復(fù)性）。單位均為米。從以上結(jié)果可以看出：不同型號的儀器獲得的定位精度不同，對Ashtech儀器，水平方向的重復(fù)性在1cm左右，東西分量比南北分量差，高程方向分量的重復(fù)性大于2cm。對捷創(chuàng)力儀器Geo2200，南北分量的重復(fù)性在2cm左右，東西分量和高程分量方向的重復(fù)性大于4cm。

3.2某煤田地質(zhì)控制網(wǎng)測量結(jié)果

圖1給出了某煤田地質(zhì)勘測設(shè)計院在桂林某煤田地質(zhì)建立的控制網(wǎng)的點位分布圖。其中有三個點為已知點，圖中以“三角”符號表示，其余點為待定點。

該控制網(wǎng)沿煤田地質(zhì)兩側(cè)布置控制點，以方便放樣。測量采用Ashtch單頻接收機(jī)進(jìn)行，采樣間隔10秒。測量日期為2003年236-242天。

4　結(jié)語

本文在吸收國內(nèi)外GPS定位技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對GPS在煤田地質(zhì)工程測量中的理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究了GPS數(shù)據(jù)處理的流程，介紹了高精度數(shù)據(jù)處理GPS軟件 GAMIT。給出并分析了GPS煤田地質(zhì)控制測量的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

［1］李天文.CPS原理及應(yīng)用.［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［2］姜晨光，等.GPS/RTK技術(shù)應(yīng)用于公路勘測的研究與實踐［J］.公路，2000（10）：62-64.

劉曉東（1979—），男，河南永城人，本科，畢業(yè)于焦作工學(xué)院，工程師，研究方向：煤田地質(zhì)測量。