GPS在礦山地表變形監(jiān)測(cè)中的誤差分析

陳 茹，張建財(cái)

（1.朔州市三維測(cè)繪有限公司，山西 臨汾 041000；2.山西晟辰林業(yè)有限公司，山西 臨汾 042400）

隨著開(kāi)采工作的不斷深入，由于礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而礦產(chǎn)資源又深入到地殼底部，常規(guī)的礦山地表監(jiān)測(cè)儀器已經(jīng)不能滿足測(cè)量的需要[1]。GPS作為一種全新的變形監(jiān)測(cè)方法，能夠有效的對(duì)礦區(qū)的地形、探井深度、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、鉆孔坑口控制、加密點(diǎn)、探槽等礦山內(nèi)部重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，但是任何儀器在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中都會(huì)存在誤差，這種誤差將會(huì)嚴(yán)重影響到測(cè)量精度，所以降低GPS變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中的誤差，對(duì)于礦山施工安全有非常重要的意義[2]。

1 GPS技術(shù)在礦山變形監(jiān)測(cè)中的使用步驟

（1）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集包括對(duì)GPS參考站和變形監(jiān)測(cè)站兩個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，前者作為監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，后者作為變形點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在設(shè)置GPS參考站的時(shí)候，需要按照以下三點(diǎn)原則進(jìn)行：地質(zhì)條件良好，參考站點(diǎn)地形穩(wěn)定。滿足GPS監(jiān)測(cè)條件，不存在干擾因素。在確定變形監(jiān)測(cè)站的時(shí)：要選用能夠準(zhǔn)確反映出礦山地質(zhì)特征的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。在變形關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置為持續(xù)運(yùn)行的探測(cè)站。要選擇適合GPS監(jiān)測(cè)的探測(cè)點(diǎn)。

（2）數(shù)據(jù)通信。運(yùn)用GPS監(jiān)測(cè)地表變形的工作中，主要采用的是無(wú)線傳輸與有線傳輸相結(jié)合的數(shù)據(jù)通信方式，具體選擇主要根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐ㄓ嵭盘?hào)情況決定。如果探測(cè)點(diǎn)移動(dòng)通信信號(hào)穩(wěn)定，則可以用移動(dòng)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如果移動(dòng)通訊信號(hào)不能覆蓋監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域，可以自我搭建有線或者無(wú)線信號(hào)接收站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

（3）數(shù)據(jù)處理。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候需要用到處理設(shè)備、顯示設(shè)備、通信設(shè)備，通過(guò)這些設(shè)備將監(jiān)測(cè)到的GPS數(shù)據(jù)信息，結(jié)合礦區(qū)其他地質(zhì)資料進(jìn)行準(zhǔn)確的處理，然后提煉出重要數(shù)據(jù)對(duì)礦山的變形情況進(jìn)行分析，并且根據(jù)多次監(jiān)測(cè)得出的數(shù)據(jù)走勢(shì)，以預(yù)測(cè)礦山地表的變形趨勢(shì)，最后將所得到的重要數(shù)據(jù)提交給相關(guān)計(jì)劃決策部門(mén)，作為礦產(chǎn)資源開(kāi)采計(jì)劃與規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害的重要數(shù)據(jù)參考，盡可能的避免因礦山地表變形而導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害事故的發(fā)生。

（4）監(jiān)測(cè)預(yù)警。監(jiān)測(cè)預(yù)警的工作主要是對(duì)獲取的GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析，并繪制出礦區(qū)地表變形曲線，然后結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)變化規(guī)律，按照科考人員設(shè)計(jì)出的預(yù)警方案發(fā)出預(yù)警信息。

2 造成GPS變形監(jiān)測(cè)誤差的因素及減少誤差的方法

根據(jù)國(guó)家礦產(chǎn)資源開(kāi)采規(guī)定，為了合理的開(kāi)采礦產(chǎn)資源，在對(duì)礦山的礦產(chǎn)資源開(kāi)采的每個(gè)階段，都要對(duì)礦山周圍的地形環(huán)境與礦山特性進(jìn)行細(xì)致入微的測(cè)量與分析，從礦山的地表至地下、局部到整體，都要進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量，并提交分析報(bào)告，后續(xù)的礦產(chǎn)開(kāi)采工作都要依據(jù)每個(gè)階段的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行工作決策。運(yùn)用GPS監(jiān)測(cè)，能夠快速的對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量獲取準(zhǔn)確的三維信息，對(duì)礦山開(kāi)采的正常運(yùn)行與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警有非常重要的作用。

（1）基準(zhǔn)站。基站的選擇是GPS對(duì)礦山地表進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要來(lái)源之一，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化都以基站的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，所以基站是GPS變形監(jiān)測(cè)結(jié)果非常重要的影響因素。為了減小基站對(duì)GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差，在選擇基準(zhǔn)站時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：①基準(zhǔn)站盡量選擇在地勢(shì)高、電臺(tái)頻率覆蓋廣的位置;②基準(zhǔn)站應(yīng)該設(shè)立在已知的坐標(biāo)上，并且選擇地質(zhì)條件相對(duì)優(yōu)秀的位置;③在進(jìn)行建設(shè)基準(zhǔn)站的過(guò)程中，應(yīng)該保證基站附近300m的范圍內(nèi)沒(méi)有電臺(tái)干擾，最大程度上保證通信良好;④每個(gè)基準(zhǔn)站在都應(yīng)該配備一個(gè)對(duì)電臺(tái)起控制作用的天線，布置在GPS接收機(jī)的北方。

（2）參數(shù)影響。利用GPS變形監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行礦區(qū)測(cè)量時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換參數(shù)不同，所以礦井的實(shí)際坐標(biāo)和GPS坐標(biāo)相互分開(kāi)。如果轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響下，測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，影響礦井的正常生產(chǎn)。要想保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度，就必須準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換參數(shù)，為后續(xù)的測(cè)量工作提供保障。

（3）布設(shè)位置影響。為了提高準(zhǔn)確度，測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)站之間的距離應(yīng)該保持在8km之內(nèi)，并且要均勻分布控制點(diǎn)，降低點(diǎn)位、路徑效應(yīng)造成的誤差。此外，在實(shí)際測(cè)量之前應(yīng)該充分的了解礦井概況，GPS變形監(jiān)測(cè)主要是依靠衛(wèi)星定位系統(tǒng)，所以要盡量將測(cè)站布置在開(kāi)闊地帶，方便信號(hào)傳輸。

3 實(shí)際工作中減小誤差的其他方法

（1）降低環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響。監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍的環(huán)境也會(huì)影響到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以在選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)候，要選擇衛(wèi)星信號(hào)反射少的地方，同時(shí)要遠(yuǎn)離對(duì)衛(wèi)星信號(hào)有遮擋的墻邊，邊坡坡腳。山谷等信號(hào)不通暢的地方，還要注意，監(jiān)測(cè)點(diǎn)不能在高壓線50米以內(nèi)，要避免高壓電弧和電磁輻射對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

（2）進(jìn)行重復(fù)操作降低操作誤差。在選擇觀測(cè)天線時(shí)以零相位或微相位天線為宜，而且每次進(jìn)行監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)要用磁羅經(jīng)進(jìn)行對(duì)北校準(zhǔn)，校準(zhǔn)次數(shù)不能低于三次，確定準(zhǔn)確之后開(kāi)始測(cè)量。在觀測(cè)墩上進(jìn)行標(biāo)記，每次測(cè)量都與標(biāo)記處量高，同樣也要操作三次以上，然后根據(jù)數(shù)據(jù)取平均值，以你盡量降低量高不準(zhǔn)帶來(lái)的誤差，影響整個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用GPS對(duì)礦山地表變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其準(zhǔn)確度更高，而且使用更高效、更便捷，屬于一種全天候自動(dòng)化運(yùn)行的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛的被用于各大礦區(qū)的礦山地表變形監(jiān)測(cè)。為了有效降低GPS在礦山地表變形監(jiān)測(cè)中的誤差，我們應(yīng)該嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)操作流程進(jìn)行操作，詳細(xì)的對(duì)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍的環(huán)境進(jìn)行分析，排除一切對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有影響的干擾因素，以獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，更好的利用GPS技術(shù)服務(wù)于礦山地表變形監(jiān)測(cè)。