GPS 測量技術在煤炭地質勘查中的應用探討

張智杰

煤炭地質勘查階段分為預查、普查、詳查和勘探四個階段。在煤炭地質勘查中的測量工作可分為控制測量，地形測量和工程測量三個方面貫穿于煤炭勘查的各階段，現就GPS控制測量和工程測量在煤炭勘查中的應用與同行探討。

1 控制測量

控制測量分為首級控制、圖根控制和勘控點控制測量，以下以寧夏吳忠和河南輝縣等勘查區為例說明。

1.1 首級控制測量方案

寧夏吳忠某煤勘查區為詳查階段，設計要求在32 km2內測設15個D級GPS點，為滿足勘查工作和今后礦井生產建設的需要，要求各相鄰點相互通視。

1.1.1 首級控制測量的實施

本期使用4臺國產南方靈銳S82型大地測量型接收機，采用邊連接方式，由西向東推進，觀測精度符合《全球定位系統(GPS)測量規范》，W84無約束平差精度良好，見表1。

表1 觀測精度要求

本次D級GPS網共聯測了四個已知點，它們分別是韋州北、十里山、煤山和周家圈南，并在這四個三等三角點中選擇不同的起算點進行比較(見表2)，以檢核和確定最佳起算數據。

表2 選擇不同起算點比較結果 m

從表2可以看出，煤山、韋州北和十里山這三個三等點的精度較一致，故選擇煤山、韋州北和十里山這三個三等點作為D級GPS網二維約束平差的起算點。

帶權約束平差:由于測區所有觀測量都是同一類型的，均為GPS靜態解，因此可使用等權平差。在上述網平差中，一些外部誤差如儀器對中誤差和相位觀測值中存在的頻率誤差沒有加進去，因而GPS解的誤差估計過小，為準確估計平差中的誤差，GPS的原始誤差應稍放大，本網用比例因子放大法定權。帶權約束平差后，GPS網參考因子為1.00，并通過x2(α=95%)統計檢驗，說明對觀測值加權正確，平差收斂。GPS網在高斯平面上二維約束平差后邊長相對精度、點位中誤差統計見表3。

1.1.2 首級控制測量的精度分析

本期施測的D級GPS網，平均邊長2 km，均勻分布于測區。GPS觀測基線邊組成的圖形結構很強;在北京54系平差后，平均邊長相對中誤差為1/92.5萬，點位中誤差平均值為0.53 cm。GPS擬合高程中誤差0.44 cm，滿足規范要求，優于常規四等三角網之精度。

1.2 圖根控制

1.2.1 圖根控制設計

按照勘查階段的不同或甲方的要求，需要測繪不同比例尺的地形圖，圖根控制測量可采用RTK測量技術完成，我單位近期完成的河南輝縣某煤炭勘查區，設計20 km21∶1000和1∶2000地形測量，設計圖根點300個，采用全野外數字化成圖。

1.2.2 圖根控制實施

采用兩個不同基站分別觀測同一圖根點四次，在平面和高程不大于規范要求時，取中數作為最終結果，平面采用三角架對中，高程采用小鋼尺二次量高取中數輸入手簿。作業過程嚴格執行《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》，本期共施測350個圖根點，精度良好。

1.2.3 精度分析

在測圖過程中采用全野外數字化測圖，全站儀定向同時對各相鄰圖根點(包括首級控制點)進行了邊長和方位角檢查，其精度符合《城市測量規范》要求。

1.3 勘控點測量

為滿足物探線端點、檢波點、放炮點及鉆孔平面位置的放樣和定測，按《煤田地質勘探工程測量規范》要求，需在首級控制點的基礎上加次一級的控制點(5 s點或圖根點)，近幾年來的實踐證明以加密到E級點為宜，加密程度以滿足工程測量為準，邊長可根據工程測量的需要按照《全球衛星定位等系統(GPS)測量規范》中200m～5000m范圍內控制。

2 工程測量

2.1 物探工程測量

外業測量時，利用RTK采用差分GPS技術，將一臺GPS接收機安置在基準站上進行觀測，根據地震工作需要和測線長短制定工作計劃，基準站設置在工作計劃待測線的中間位置的一個未知點上，基站四周地面開闊，沒有高壓線、移動和聯通等通訊塔，無大樹林和其他影響信號的遮擋物。

校正時采用兩點校正，首先在RTK處于固定解的狀態下對其中一個控制點進行校正，校正后RTK手簿顯示的坐標與已知坐標比較，平面坐標與高程誤差均小于0.05m時，在另一個控制點進行校正。同樣在RTK處于固定解的狀態下在第二個控制點進行校正，這兩個控制點的平面直線距離至少相差1 km。利用第二個控制點校正后，從而根據兩點校正計算出基準站精密坐標。計算出基準站到衛星的距離改正數，并由基準站實時將這一數據發送出去。

在移動站整平時，RTK手簿顯示的坐標與已知控制點的平面坐標和高程相比較，誤差小于0.03 m時，進行RTK作業，利用RTK直接放樣每個炮點和檢波點地面位置并測出其高程。

2.2 山地工程、地質填圖及鉆探工程測量

山地工程、地質填圖工程測量主要在煤炭勘查的普查階段，其主要工作是對野外地質露頭點、地質構造點等進行三維定位測量，同時，對開挖的探井、探巷、探槽和老窯井口進行三維定位測量工作。鉆探工程測量貫穿于煤炭勘查的各個階段，主要任務是對鉆孔的放樣和定測。實踐證明可以用RTK測量方法進行。

3 結語

GPS測量技術符合現行《煤炭資源勘探工程測量規程》中“在滿足本規程精度要求的前提下，經主管部門批準，可采用本規程未列入的其他方法，并盡量采用行之有效的新技術、新方法”的要求，其精度符合國標《全球定位系統(GPS)測量規范》《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》并遠高于《煤炭資源勘探工程測量規程》。其全球性、全天候、連續性、實時性、無須通視的優勢，尤其是GPS網絡RTK的不斷發展和完善，使得GPS測量技術在煤炭地質勘查中更為方便、快捷，可在煤炭地質勘查中廣泛使用。

［1］王翠珀.GPS在撫順露天礦北幫地面變形監測中的應用［J］.山西建筑，2010，36(16):358-359.