周克清，溫德華

（中煤大屯公司地測(cè)部，江蘇 沛縣221600）

0 引 言

GPS定位技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中已得到廣泛應(yīng)用，特別其以全天候、高精度、無(wú)需點(diǎn)間通視等優(yōu)點(diǎn)，成為建立測(cè)量控制網(wǎng)的主要技術(shù)手段[1－6]。大量的實(shí)踐表明：GPS在礦山近井網(wǎng)建設(shè)方面起到了重要作用，發(fā)揮著傳統(tǒng)控制網(wǎng)所無(wú)法具備的優(yōu)勢(shì)。鑒于不同礦山對(duì)地面控制網(wǎng)的不同要求，在建立礦山GPS近井網(wǎng)時(shí)會(huì)有針對(duì)性的做法，如控制網(wǎng)的精度、等級(jí)、網(wǎng)型、分級(jí)等，許多學(xué)者或技術(shù)工作者嘗試采用不同的方案建立GPS控制網(wǎng)，得到了許多有益的成果[7－9]。在一個(gè)較大區(qū)域內(nèi)，多對(duì)礦井存在，既考慮每對(duì)礦井的需求，又針對(duì)某一對(duì)礦井開展工作，GPS控制的任務(wù)特殊、艱巨而又頗具特點(diǎn)，且具有示范作用和實(shí)際意義[7－15]。為此，結(jié)合某GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)，探討礦區(qū)GPS近井網(wǎng)建立的若干問題。

1 工程概況

控制區(qū)為某省主要的煤炭生產(chǎn)基地之一，所轄600多平方公里煤田區(qū)域，擁有四處生產(chǎn)礦井，年產(chǎn)原煤1 000萬(wàn)多噸。測(cè)區(qū)成狹長(zhǎng)的濱湖地帶，溝壑縱橫，交通便利，整個(gè)測(cè)區(qū)的控制面積約360 km2.測(cè)區(qū)資料顯示，測(cè)區(qū)先后布測(cè)過(guò)國(guó)家三、四等傳統(tǒng)平面控制網(wǎng)和GPS控制網(wǎng)，測(cè)區(qū)和鄰區(qū)存有更高等級(jí)的傳統(tǒng)控制點(diǎn)和GPS控制點(diǎn)。由于多年受礦山開采和環(huán)境變遷的影響，許多點(diǎn)遭受破壞，無(wú)法使用。

為提高煤炭產(chǎn)量，挖掘深部資源，某礦需要實(shí)施一項(xiàng)由主井到混合井的大型井下貫通工程，該工程貫通距離長(zhǎng)達(dá)12km，深度從－330～－1 100m，跨越多個(gè)水平，條件非常復(fù)雜。該工程被集團(tuán)公司列為2009－2011年間重點(diǎn)實(shí)施工程，是重中之重的工程，受到從集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)到各部門領(lǐng)導(dǎo)的廣泛關(guān)注，任務(wù)重，要求高。為此，需要在地面建立GPS高等級(jí)控制網(wǎng)，它既要兼顧其它三對(duì)礦井的GPS平面控制，又要針對(duì)某一礦井和該大型貫通工程使用。

2 GPS近井網(wǎng)建設(shè)

根據(jù)精度預(yù)計(jì)，為確保12km甚至稍長(zhǎng)些的大型貫通工程的貫通精度，需要在地面布測(cè)D級(jí)或D級(jí)以上等級(jí)的GPS控制網(wǎng)。考慮測(cè)區(qū)或鄰區(qū)尚保存有完好的C級(jí)點(diǎn)2個(gè)，決定布測(cè)D級(jí)GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)。

2.1 布網(wǎng)思路

布網(wǎng)要求：1）由于地面水系發(fā)達(dá)，礦區(qū)沉降變形嚴(yán)重、持續(xù)性長(zhǎng)，點(diǎn)位應(yīng)布設(shè)在不受開采影響，便于長(zhǎng)期保存，易于恢復(fù)和維護(hù)；2）考慮礦區(qū)其它礦井的應(yīng)用和針對(duì)某礦井下大型貫通工程應(yīng)用；3）大壩監(jiān)測(cè)及多種對(duì)象監(jiān)測(cè)需求，監(jiān)測(cè)精度要求高。

根據(jù)以上要求，提出以下布網(wǎng)思路：1）整個(gè)網(wǎng)分級(jí)布設(shè)，應(yīng)分為整體基準(zhǔn)網(wǎng)和局部應(yīng)用網(wǎng)。2）整體基準(zhǔn)網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)可長(zhǎng)期保存，便于維護(hù)，起到礦區(qū)平面控制作用；局部應(yīng)用網(wǎng)建立于整體基準(zhǔn)網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)應(yīng)保持穩(wěn)定，便于維護(hù)、恢復(fù)和直接應(yīng)用于工程。3）網(wǎng)型結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，精度高。

2.2 GPS網(wǎng)布測(cè)

2.2.1 點(diǎn)位布設(shè)及觀測(cè)時(shí)特殊要求

根據(jù)測(cè)區(qū)現(xiàn)有資料和分析結(jié)論，在確保已知點(diǎn)等級(jí)高、保存完好，且坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一的情況下，在建立近井網(wǎng)時(shí)仍然要以馬寺和大挖工莊點(diǎn)作為起算點(diǎn)（兩點(diǎn)均為C級(jí)GPS點(diǎn)）。

1）在副井井塔上選孔主井點(diǎn)，混合井近井點(diǎn)選埋于井筒西地面穩(wěn)定處命名為混合井，兩點(diǎn)符合近井點(diǎn)要求。

2）利用6個(gè)礦區(qū)舊點(diǎn)大挖工莊、徐莊礦、二居委、孔風(fēng)辦、馬寺、姚新副，標(biāo)石穩(wěn)定，符合要求。利用舊點(diǎn)主要為坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一性檢查。

3）在GPS外業(yè)測(cè)量調(diào)度時(shí)，使孔主井和混合井兩點(diǎn)形成一個(gè)基線，并與臨近點(diǎn)形成堅(jiān)強(qiáng)圖形，該基線與C級(jí)點(diǎn)連測(cè)觀測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)一倍，觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)約2h，兩個(gè)時(shí)段觀測(cè)。

4）在布測(cè)近井網(wǎng)的同時(shí)，按D級(jí)GPS點(diǎn)技術(shù)要求在礦工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)不受開采影響處連測(cè)4個(gè)已有5秒點(diǎn)，其分別為1、2、3、4、混0點(diǎn)，作為陀螺定向的地面已知邊，其命名原點(diǎn)相同。

最終GPS控制網(wǎng)由13個(gè)控制點(diǎn)組成，2個(gè)C級(jí)GPS點(diǎn)，11個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)。采用邊網(wǎng)聯(lián)合式構(gòu)網(wǎng)。4、混0點(diǎn)分別為副井和混合井的落地點(diǎn)，在進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量時(shí)使用。

2.2.2 觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理

采用經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位模式，高精度的Trimble5800GPS接收機(jī)，采樣頻率15s，觀測(cè)時(shí)段60 min.

作業(yè)組在進(jìn)入測(cè)區(qū)前，根據(jù)網(wǎng)型和觀測(cè)時(shí)間的特殊要求編制好觀測(cè)計(jì)劃表，并在實(shí)際作業(yè)時(shí)按照該表進(jìn)行作業(yè)調(diào)度。統(tǒng)一按照D級(jí)GPS技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)；為確保某礦大型貫通工程的精度，必須要求局部應(yīng)用網(wǎng)的內(nèi)部精度較高，為此進(jìn)行了分級(jí)解算。

整體基準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)型如圖1所示，固定孔主井—馬寺下的平差計(jì)算結(jié)果如表1～4所示。

圖1 GPS整體基準(zhǔn)網(wǎng)

表1 GPS網(wǎng)約束（采用已知點(diǎn)孔主井和馬寺）平差結(jié)果

表2 平差結(jié)果與舊坐標(biāo)值比較

表3 最弱點(diǎn)及最大X、Y誤差統(tǒng)計(jì)

局部應(yīng)用網(wǎng)型如圖1所示，固定孔主井—混合井下的平差計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 GPS近井網(wǎng)坐標(biāo)成果

圖2 GPS局部應(yīng)用網(wǎng)

2.3 GPS網(wǎng)的檢測(cè)

為了萬(wàn)無(wú)一失地確保GPS網(wǎng)的精度和貫通工程的高精度，在建立近井網(wǎng)后，專門利用ZEISS 1s全站儀對(duì)網(wǎng)中的混合井—孔主井—2點(diǎn)水平角和混合井—孔主井、孔主井—2點(diǎn)兩條邊進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)。在進(jìn)行孔莊礦大型貫通項(xiàng)目實(shí)施前，項(xiàng)目組對(duì)局部應(yīng)用網(wǎng)進(jìn)行了測(cè)量和檢測(cè)，兩次結(jié)果互差很小，如表5所示，符合相關(guān)《規(guī)范》和《技術(shù)設(shè)計(jì)書》的要求。確保了測(cè)量成果的高精度和可靠性。

表5 兩次觀測(cè)結(jié)果互差

3 結(jié) 論

結(jié)合GPS礦區(qū)地面近井網(wǎng)建立實(shí)例，針對(duì)具體工程實(shí)踐，探討了建立該類GPS控制網(wǎng)的思路、方案、建立過(guò)程和數(shù)據(jù)處理等問題。突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）根據(jù)大型貫通工程需要，確定建立近井網(wǎng)的等級(jí)；2）根據(jù)近井網(wǎng)需求和應(yīng)用的針對(duì)性，確定了網(wǎng)型、分級(jí)及網(wǎng)點(diǎn)布測(cè)的特殊思路；3）在觀測(cè)方案方面，制定了某些基線特殊延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間的措施，確保了局部應(yīng)用網(wǎng)的內(nèi)符合精度；4）為萬(wàn)無(wú)一失，確保特殊工程需要，專門進(jìn)行了網(wǎng)的獨(dú)立性檢測(cè)。

該網(wǎng)已為某個(gè)12km長(zhǎng)的大型貫通工程所應(yīng)用，最后工程貫通平面方向誤差為1.7cm，遠(yuǎn)小于工程貫通平面方向限差20cm.實(shí)踐證明：該做法對(duì)類似工程具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。

[1]劉基余.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法[M].科學(xué)出版社.2003.

[2]周忠謨，易杰軍，周 琪.GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用[M].測(cè)繪出版社，1995.

[3]徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1998.

[4]黃聲享.變形數(shù)據(jù)分析方法研究及其在精密工程GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].武漢：武漢大學(xué)，2001.

[5]LOVES J W，TESKEY W F，LACHAPELLE G，et al.Dynamic deformation monitoring of a tall structure using GPS technology[J].Journal of Surveying Engineering，1995，121（1）：35－40.

[6]花向紅，王新洲，劉響林，等.GPS定位技術(shù)在超高層建筑中應(yīng)用初探[J].工程勘察，2000（2）：47－49.

[7]伍學(xué)祥.實(shí)時(shí)GPS測(cè)量在公路放樣中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪通報(bào)，1999（12）：35－37.

[8]黃聲享，劉經(jīng)南.GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基準(zhǔn)形變分析與動(dòng)態(tài)隨機(jī)模擬[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，25（6）：485－490.

[9]獨(dú)知行，靳奉祥，馮尊德.高層建筑物整體變形監(jiān)測(cè)及分析方案[J].工程勘察，2000（2）：55－58.

[10]岳建平，岳東杰.工程GPS水準(zhǔn)測(cè)量的精度及其應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，1999（11）：27－30.

[11]吳棟材，王新洲，何良洪，等.荊州長(zhǎng)江公路大橋GPS施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].測(cè)繪通報(bào)，2000（10）：31－35.

[12]LOVSE J W，TESKEY W F，LACHAPELLE G，et al.Dynamic deformation monitoring of a tall structure using GPS technology[J].Journal of Surveying Engineering，ASCE，1995，121（1）：35－40.

[13]GUO J J，GE S J.Research of displacement and frequency of tall building under wind load using GPS[J]／／In Proceedings of ION GPS’97，1385－1388.

[14]HUANG S X，LIU X L.Data analysis of GPS dynamic monitoring for tall structure[C]／／In Proceedings of IAG Workshop on Monitoring of Constructions and Local Geodynamic Process，Wuhan Hubei China，May 2001：243－249.

[15]鐘連琨.GPS網(wǎng)觀測(cè)方案的精度估算及優(yōu)化[J].工程勘察，1999（2）：58－62.