煤礦礦區測繪綜合模式淺談及GPS變形監測分析

【摘 要】本文系統的介紹了測繪綜合模式的幾種類型，并重點介紹了GPS變形監測系統的工作原理，建立GPS變形監測網絡，對礦區的變形進行監測和測繪，并對監測點進行深入的分析。GPS監測系統能反映地表變形的特征，能夠預測礦區井工開采后地表變形的規律，為礦區安全開采提供了一種測量的保障。

【關鍵詞】礦山測繪綜合 GPS變形網絡 監測點變形分析

1 礦區測繪綜合模式內容

礦區測繪的內容很多，包括井下巷道測量、礦山測量、工業廣場測量、地形變化測量等等，在對礦區進行測繪時，應該首先了解各項測繪內容的特點，找出其共同特點和各自特有的特點，從而建立一個綜合模式進行測繪。

1.1礦區各項測繪工作的共同內容

1.1.1平面測量控制相同

由于礦區各項測繪工作的特殊性，各項測繪工作可以看成是工程測量的程序步驟，因此都可以采用首級控制網。各項測繪工作的平面測量控制中的觀測方法、布設方式等可以相互利用。

1.1.2點位測定與標設相同

礦井井筒的定位、井下巷道的測繪、同地面變形的觀測、地表建筑的測繪都在相應的基本控制的基礎上進行測繪，其點位的測定、標設具有同一性。因此點位測定與標設是相同的。

1.1.3比例尺圖的基本要素相同

礦山地質地形圖、井工開采圖、房產平面圖的比例尺基本要素有許多共同點，比例一般為1：500、1：1000、1：2000，比例尺圖的內容一般包括行政區域界、永久建筑物、各級的控制點、重要的單位和橋梁、道路等。

1.2礦區各項測繪工作的各自特點分析

礦山測量的特點是其立體多層空間的特性，使得礦區測繪不僅有地面測量工作，同樣包含了井下巷道的測量、井巷的導線測量、井上井下的聯系測量以及井上井下的對照圖編繪等等，其各項測量的特點不同，井下巷道的測量注重巷道的宏觀設計，導線測量注重導線的直線程度，井上井下的聯系測量注重測量的準確性，因此不同的測量工作，其測繪內容不同，各自特點也不同。

2 礦區測繪綜合模式種類

礦區各項測繪工作既有其共同性，也有其特有的特點，可以相互補充，進行綜合性的取舍，因此礦區測繪綜合模式更加顯得重要，也是可行的。礦區測繪綜合模式有以下幾種。

2.1礦區控制測量的綜合

利用各項測繪工作原有的各級控制點，通過增設新的點位，構建一個共同的首級控制網。

2.2礦區測繪工作點位的綜合

根據礦區各項測繪工作工作點位的具體要求，選擇一個較高的點位技術標準，從而達到各項測繪工作點位的要求，在共同的控制網基礎上，進行統一的全面的觀測，形成一個統一的點位統一坐標。

2.3礦圖的綜合

對于礦區的地形繪制，一般采用大比例尺綜合地圖進行繪制。一般包含了井下巷道的測量、井巷的導線測量、井上井下的聯系測量以及井上井下的對照圖編繪等等。

2.4礦區測繪綜合地理信息系統

隨著GPS技術、計算機技術以及地理信息系統的快速發展，礦區測繪綜合模式越來越方便自如。建立礦區測繪的數據庫系統，從而完善建立綜合的地理信息系統，使測繪的各項工作既可以統一處理，也可以滿足不同測繪工作的不同要求；同時礦區測繪綜合地理信息系統可以將具體的礦區地質地形及礦區井上井下的空間形態借助多媒體的形式表現出來，從而達到對礦區測繪的管理，簡單方便。因此礦區測繪綜合地理信息系統得到廣泛的應用。

3礦區GPS的變形監測分析

隨著礦井的開采，地表也出現了不同程度的變形、塌陷等現象，如果及時準確的監測礦區的變形，能夠及時的為礦井的安全生產提供保障。GPS變形監測精度高，而且不受地形條件的限制，與地理信息系統相結合，可以廣泛的應用在礦區變形監測過程中，能夠時刻的監控地表的變形變化情況，在礦區變形監測中得到了廣泛的應用。以下幾個方面是介紹礦區GPS監測的過程。

3.1礦區GPS監測網的建立

礦區的變形監測，不僅需要監測礦井開采引起的地表沉陷，也要對地表的移動進行監控。當地表產生沉陷移動變形時，設置的控制點也可能產生沉陷移動變形，因此在建立礦區GPS監測網時，要建立足夠多的監控點，滿足礦區監控所需，保證礦區周圍都在GPS監控范圍之內。為了保證GPS監測網監控的精度，要在變形的區域外設立固定點，以作為比較點，比較監控網內的變形情況。

因此布置GPS監測網時，應該要保證變形區域監測網內的點位穩定，同時也要保證GPS監測網內的點位間能夠的相互通視，同時也要保證GPS監控變形網外的區域的固定點的設立穩定，這樣才能滿足GPS監測網的監測點要求。

3.2礦區地表變形GPS的監測

GPS監測網布置完成后，開始在監控網內布置GPS接收機，一般而言，礦區變形監測分為定期性和實時性。定期性是定期的在監測點放置GPS接收機，定期的接受監控點的數據，并進行數據的處理，根據數據處理情況，分析礦區地表變形情況。實時性是指在所有監測點安裝GPS接收機，進行實時監測，在每一個固定時段GPS接收機將監測點的數據導入到GPS分析軟件中，得出地表變形情況。根據工程實踐情況，實時性監測更能夠及時的反饋地表的變形情況，可以準確的建立地表沉陷移動模型，為礦井安全生產提供及時的數據反饋，所以GPS實時性監控更適合礦區監測的需求。在采用GPS監測時，由于坐標系的變化，容易造成了監測精度的損失，因此GPS監控網高程坐標采用大地標高，平面坐標選擇一個子午線。在采用GPS進行觀測時，在每一個點位配備多臺的GPS接收機，形成多邊形同步環通信，提高GPS監控的精度和防止出現某臺接收機停止工作所造成的誤差。

GPS變形監測分析軟件基于Windows系統，開發工具為Visual C++和Visual FoxPro采用了結構化的設計方法，軟件的核心是數據處理。該軟件系統分若干個板塊，如數據建模、數據計算、數據管理、巖移求參、圖形繪制、數據打印等功能模塊。該GPS變形監測分析軟件實用性強，操作簡單，可以實現GPS觀測地表變形實時性，和數據處理后的可視化性。

3.3 GPS監測點移動變形規律分析方法

陜西某礦區建立了GPS監測網，監測網中的監測點每半小時導出一次監測點的下沉量。以該GPS監測網中的某一點進行分析，該監測點測量了800min，記錄了該段時間內該點的累積下沉量，建立了時間曲線示意圖，如圖1所示。

從圖1可以得出，在地表下沉過程中，開始階段累積下沉量與時間成正比關系，時間越長，累積下沉量越大，可以得出，開始階段該處地表一直正處在下沉階段。但是隨著時間的增長，地表累積下沉量趨于穩定，可以看出，后期該處地表下沉處于穩定階段，地表下沉累積量并沒有出現大的變化。而且該處最大地表累積下沉量為0.8cm。

在計算地表總下沉曲線的分形特征，一般采用分形維數來度量，用容量維數求分形維數，定義為：ln[N（（r）]=1.004Ln（1/r）+5.604

實際計算時，首先給出r的5個不同值2k，k=1，2，3，4，5作為覆蓋盒子的邊長，統計相應的r覆蓋的正方形數目N（r），并計算出相應的ln[N（r）]和ln（1/r）的值，如表1所示。

根據分形維數估計原理，圖中回歸直線的斜率為圖形分形維數，因此地表下沉總曲線的分形維數為1.004，因此可以通過用分形維數來描述地表移動系統的動態化過程，根據GPS監測不同時期的地表下沉移動數據，可以求得不同時期的分形維數。

4 提高GPS監測精度的方法

（1）應該保證監測點的穩定性，避免由于自然條件產生的誤差。

（2）采用抗干擾能力強的天線。

（3）觀測時間要長，不能太短，而且要選擇合適的窗口。

（4）增加空余的觀測點，防止因為觀測點的損壞而造成的誤差，從而減小誤差的積累。

5 結語

礦區測繪的綜合模式人員設備的綜合利用率高，節省了重復測繪所需的人力、物力，在GPS變形監測技術日益成熟的條件下，礦區測繪綜合模式越來越有廣泛的應用價值，有利于礦區測繪技術的協調發展。

參考文獻：

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[3]潘焱清，顏榮貴，陳光輝.礦區GPS變形監測[J]. 地礦測繪，2002，06：18-21.

作者簡介：胡少鵬（1986—），男，陜西咸陽人，漢，大專，測繪助理工程師，研究方向：主要從事煤礦采動覆巖離層分布規律與地表沉陷控制研究及工作