矿山测量中GPS点校正工艺应用分析.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 对于矿山生产勘探而言，无论是规划设计、勘探 建设，还是生产运营阶段，都离不开矿山测量活动， 比如土建施工测量、井下控制测量、地表沉降监测等。 而在这些矿山测量工作中，GPS 定位技术因自身观测 效率高、观测精准度强、操作简便及受地形干扰小等 诸多优点，在矿山测量中得到了广泛的使用，特别是 GPS-RTK 技术，通过对实时差分定位技术的运用，可 在短短数秒内实现高精度定位，最大程度提升了测量 效率。但是，由于在实际生产中多数矿井的坐标系标 准存在差异，而 GPS 定位系统则默认采用 WGS-84 坐 标系统下的坐标与高程，在使用 GPS 定位技术时必须 提前进行点校正。A 矿现阶段所用测量坐标系为 BJ-54 坐标系，在进行 GPS 定位前，需将其与 WGS-84 坐标 系相互转换，特对相关问题进行讨论探究。 1点校正理论与坐标转换分析 鉴于不同坐标系统所用的参考基准与地图投影有 一定的差别，其展现出的三维位置关系也存在一定的 差异，这就需要在 GPS 测量作业前完成求解参数转换 方程的构建，以便实现不同坐标系统间数据的快速转 换。而 GPS 点校正便是通过一定的约束条件 （最小二 乘法） ，运用已知点坐标和 WGS-84 坐标求得配套转换 参数，构建出相应的坐标转换数学模型，使通过 GPS 定位获得的数据自动转化为与矿井所用坐标系相匹配 的坐标数值。 就 GPS 定位坐标的转换而言，现阶段，中国应用 较多的类型有BJ-54 坐标系与 WGS-84 坐标系转换， XA-80 坐标系与 WGS-84 坐标系转换，井独立坐标系 与 WGS-84 坐标 系 转换 。不 管 是哪 一种 坐 标 系 与 WGS-84 坐标系进行数据转换，均可简化为不同三维模 型间旋转、平移或缩放的过程。在具体应用中，使用较 为普遍的参数转换计算方法有 3 种，分别是三参数法 （包含 驻x、驻y 和 驻z 3 个平移参数） 、四参数法 （ 包含 驻x、驻y 和 驻z 3 个平移参数和 1 个尺度参数 K） 及布尔 沙模型七参数法 （ 包含 驻x、驻y 和 驻z 3 个平移参数和 着x、着y、着z 3 个旋转参数及 1 个尺度参数 K） 。不同计算 方法在构建方程时所需的已知点个数不同，需在实际使 用中根据工程需要和掌握数据的情况进行具体选择[1-3]。 2点校正应用实例分析 此次研究分别以 A 矿煤堆测量作业和矿井配套污 水处理厂项目建设为对象，对点校正的实际应用进行 分析。将地面工业广场现有的办公楼、招待所和宿舍楼 作为坐标系已知点，测量作业中各基准站作为任意点布 置，只对各测定点位的水平位置进行测定，不对其高程 信息进行测算。图 1 即为煤堆测量示意图，煤场内 1、 2、3 三个坐标均已精确测定。图 2 即为污水处理厂测 量示意图，污水处理厂基建区域内布设 K1、K2和 K3控 制点，其中，宿舍楼与办公楼间隔 240 m，点 K1与办 公楼间隔 650 m，沿途会通过公园水域、楼房和树林等 信号干扰区域。 收稿日期2020-04-16 作者简介冯亮，1975年生，男，河北井陉人，2014年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，工程师。 矿山测量中 GPS 点校正工艺应用分析 冯亮 （ 山西世德孙家沟煤矿有限公司，山西 保德 036600 ） 摘要 在矿山测量作业中运用 GPS 定位技术需进行相应的点校正作业，而点校正结果的精准度对 GPS 坐标系与矿井 实际坐标系间数值的转换精准度有直接影响。以此为着手点，针对矿山测量中 GPS 点校正工艺应用开展分析探究，在分 析点校正理论与坐标转换原理的基础上，对矿井点校正应用实例做出分析探究，希望能够为其他矿井相似工作的开展提 供帮助和指导。 关键词 矿井；矿山测量；GPS 测量；点校正 中图分类号 TD17文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0177-02 Application Analysis of GPS Point Correction Technology in Mine Surveying FENG Liang Shide Sunjiagou Coal Mine Co., Ltd. of Shanxi, Baode 036600, Shanxi, China AbstractWhen GPS positioning technology is used in mine surveying, corresponding point correction is needed, and the accuracy of point correction results has a direct impact on the conversion accuracy between GPS coordinate system and the actual coordinate system of the mine. Taking this as a starting point, this paper analyzed and explored the application of GPS point correction technology in mine surveying. Based on the analysis of the theory of point correction and the principle of coordinate transation, it made an analysis and exploration of the application examples of mine point correction, hoping to provide help and guidance for the similar work of other mines. Key words mine; mine surveying; GPS surveying; point correction （总第 177 期） 实践运用 177 2020 年第 6 期2020 年 6 月 （上接 172 页） 参考文献 ［1］ 李小雷.水文地质对煤矿防治水工作的重要性 ［J］ .价值工程， 2019， 3834 6-7. ［2］ 李峰.浅谈煤矿防治水工作 ［J］ .能源与节能， 201911 20-21. ［3］ 刘子军.水文地质对煤矿防治水工作的重要性 ［J］ .中小企业 管理与科技上旬刊， 20199 104. ［4］ 周劼.水文地质对煤矿防治水工作的意义分析 ［J］ .内蒙古煤 炭经济， 201916 206. ［5］ 王宏.水文地质勘探对煤矿防治水的重要性 ［J］ .内蒙古煤炭 经济， 201915 200-201. （ 责任编辑白洁 ） 此次研究中选用一步法对 GPS 作业实施点校正， 北煤堆测量采用单点校正，污水处理厂采用“单点校 正两点校正” ，校正后点位坐标与已有坐标比对结果 如表 1 所示。 表 1一步法点校正后各点坐标与已有坐标差值对比统计表 分析表 1 数据可知a 通过单点校正后，煤堆测 量对比显示其误差主要集中在 x 方向，最大误差为点 1 （ 0.872 m ） ，而煤堆测量精度要求单点测量误差不超 过 1 m，因此，单点校正结果可满足矿井地面煤堆测量 的精度需求。同时，3 个点位的误差值整体分布相对均 匀，由于煤堆测量的目的是对煤仓储量进行实时测定， 只需要相对精准度，因此，对点位精准度要求不高， 而且校正点与基站间隔仅 200 m 多，距离较小且无大 型信号干扰物。综合来看，单点校正一步法能够满足 煤堆测量需求。b 污水处理厂单点校正结果显示，其 误差普遍在 3.5 m 以上，误差大且在 x 方向和 y 方向上 均表现明显。鉴于污水处理厂基建项目对控制点有较 高的要求，点位误差不能超过 0.1 m，因此，单点校正 无法满足污水处理厂基建工作测量精度的要求。c 两 点一步法校正将地面招待所和办公楼分别作为校正基 准，同时将宿舍楼作为检验点，其校正结果显示精准 度明显提升，有效满足了基建测量精度的要求，但也 存在误差分布不均，随测量间隔增加，点位误差随之 增大的问题。 使用单点校正法时，计算结果转换参数仅有平移 量而无尺度参数，校正结果无约束条件，因此，会出现 误差均匀分布的情况。但随着观测点与已知点间隔的 增加，点位误差不断增大，误差增速明显。而在距离相 同的条件下，测量信号传播路径上的楼房、电线等干 扰物会对定位精度造成一定的影响。使用两点一步法 进行校正作业，在转换参数中增加了旋转量和尺度参 数，使得转换数学模型多了一些约束条件，显著提升 了校正结果的精准度，同时，通过已知坐标的检核，进 一步提升了点校精准度，且使得误差的分配呈现出偶 然性，使得该方法对干扰信号的抵抗力进一步提升， 测量模型可控性显著增加，结果更具科学性[4-6]。 3结语 单点校正法测量精准度偏低，误差分布均匀，因 此，适用于一些测量精准度要求较低的矿山测量作业。 但由于该方法容易受到外界干扰物和距离的影响，在 实际应用中需谨慎选择测量环境和基站布设点位。 对于测量精准度要求较高的矿山测量工程而言， 应当尽可能选择两点一步法进行校正作业，这一方法 不仅精准度高且具备良好的抗干扰性。不过需注意的 是，由于此方法计算结果无残差项，无法对校正模型 的正确性进行判定，在使用中应尽可能选择多的已知 点进行检校。 参考文献 ［1］ 徐红利， 徐国宏.GPS-RTK 技术在山区地震勘探测量中的应 用和精度分析 ［J］ .中国煤炭地质， 2008， 20增刊 1 110-111. ［2］ 詹勇， 梁柱信.浅谈 GPS RTK 点校正方法与适用范围 ［J］ .绿 色科技， 201410 250-252. ［3］ 张记飞， 段俊礼.GPS-RTK 技术在勘查区控制点加密中的应 用分析 ［J］ .中州煤炭， 201212 39-40. ［4］ 于玲， 韩猛， 鲁宁， 等.基于 GPS 技术的露天煤矿边坡变形规 律及趋势分析 ［J］ .煤矿安全， 2019， 508 232-235. ［5］ 刘国正.GPS 控制测量在三河尖矿新风井贯通中的应用 ［J］ . 内蒙古煤炭经济， 201824 112-113. ［6］ 苗雨.基于 GPS 技术的矿区变形监测研究 ［J］ .煤矿现代化， 20193 189-191. （ 责任编辑白洁 ） 坐标差 煤堆 污水处理厂 单点校正两点校正 123K1K2K3宿舍楼K1K2 x 坐标差/m 0.872 0.798 0.625 3.726 3.756 3.5560.0410.074 0.095 y 坐标差/m 0.178 0.295 0.152 1.784 1.532 1.2480.0620.085 0.074 图 2污水处理厂测量示意图 2 1 3 基站 煤堆 北煤场 办公楼 图 1煤堆测量示意图 办公楼 宿舍楼 招待所 污水处理厂基建 K1 K2 K3 基站 178