GPSRTK在霍林河露天矿边坡变形监测中的应用.doc

GPS-RTK 在霍林河露天矿边坡变形监测中的应用 王树忠，于立波 （内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司地勘公司，内蒙古 霍林郭勒 029200） 摘 要：阐述露天矿边坡监测的重要性，分析了边坡移动特点及相关因素，详细介绍了 GPS-RTK 在边坡 监测中的任务、观测方法与作用。 关健词：露天矿边坡监测；GPS-RTK 中图分类号：TD 824.7+3 文献标识码：B 文章编号：1671 － 9816（2011）05 － 0004 － 03 引 言 外业静态观测的要求见表 1。 1 表 1 外业静态观测技术要求 边坡监测是露天矿开采过程中确保安全生产的 重要工作环节。边坡产生滑移变形时，可采用多种手 段测得边坡位移变化的大小、变化规律等数据，通过 这些数据的分析、处理，可得到边坡的稳定状态及变 形发展趋势，从而实现灾难性塌方的预警，为矿山挽 回不必要的损失。 以前的边坡监测手段及方法，如经纬仪、全站仪 等，在 GPS 没有出现??是行之有效的。但是这些边 坡监测方法因受人员、天气、地形、内业繁琐等因素 的影响，很难达到提前预警的目的。现在随着 GPS 技术的成熟，特别是基于载波相位观测实时动态定 位 RTK（Real Time Kinematic）技术，因其精度高、测 量速度快、设备轻、人员少、应用成本少等特点，被广 泛的推广应用。GPS 技术也将成为露天矿边坡监测 的先进技术手段。 项目 技术要求 卫星截止高度角（/ °） 同时观测有效卫星数/个 有效观测卫星总数/个 观测时段数/个 时段长度/min 采样间隔/s 时段中任一卫星有效观测时间/min 15 ≥4 ≥4 ≥1.6 ≥45 10~30 ≥15 监测方案与仪器 方案中选择用静态布网，采用 RTK 技术进行动 态观测。仪器选用 Trimble 公司 R8 型 GPS，静态与 快速静态精度：±5 mm + 0.5 × 10-6 m 垂直：±5 mm + 1 × 10-6 m。 （1）静态布置边坡监测控制网。各等级 GPS 网 相邻点弦长精度计算公式及各等级 GPS 网的主要 技术要求：δ = 姨a2 +（bd）2 2.2 式中：δ—标准差（基线向量的弦长中误差），mm； a—固定误差，mm； b—比例误差系数，1； d—相邻点间的距离，km。 GPS 网的技术要求见表 2。 2 GPS-RTK 在露天矿边坡监测中的可行性 2.1 GPS 在边坡监测中的 3 种方案 （1）GPS 静态测量。 （2）GPS 快速静态测量。 （3）GPS-RTK 测量。 GPS 在静态测量中的精度无疑是最高的。但是 GPS 静态测量耗时较长（如表 1 测量时长要超过 45 min），当测区内监测点较多时无法在短时间内完成 任务。如果采用快速静态监测，其测量时间仍需 15 ～ 45 min，耗时较长，这种单一方法我们不予考虑。 表 2 GPS 网的技术要求 等级 平均距离/km 最弱边相对中误差 a/mm b/1×10-6 三等 四等 一级 5 2 1 ≤10 ≤10 ≤10 ≤5 ≤10 ≤10 1/80 000 1/45 000 1/20 000 二级 ＜1 ≤15 ≤20 1/10 000 根据静态精度与控制点间距离小于 1 km，布设控 制网选用了二级 GPS 网，精度达到边坡监测要求。 静态布网时应考虑到 GPS 接收机测得的是大地高， 为了让高程与现状更好的吻合，在进行基线解算时， 收稿日期：2011-05-12 作者简介：王树忠（1965-），男，测量高级工程师，1990 年 毕业于辽宁工程技术大学（原阜新矿院）矿山测量专业，现任 内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司地勘公司总经理。  地表 煤顶板 煤层 煤底板 图 1 煤矿地质示意图 12 cm 土 270 cm 20 cm 图 2 普通标石 露天采矿技术 2011 年第 5 期 · 5 · 应加入多个水准点，用条件平差来解算坐标（WGS84 转成北京 54 坐标）。 （2）GPS-RTK 原理与测量精度。RTK 测量时需 要 1 台基准站接收机和 1 台或多台流动站，以及用 于数据传输的设备。在 RTK 作业模式下基准站、流 动站保持同时跟踪至少 5 颗以上的卫星，基准站不 断地对可见卫星进行观测，并把带有已知点位置的 数据，借助数据传输设备将其观测值坐标信息，发送 给流动站接收机；流动站接收机将自己采集的 GPS 观测数据和接收来自基准站的数据，组成差分观测值 进行实时处理，求得其三维坐标（X、Y、H）。GPS -RTK 系统由 3 部分组成：基准站、流动站、数据通讯设备。 基准站一般架设在已知点上，连续跟踪可视卫星并 采集数据，为流动站提供差分改正信息。基准站数据 通过数据通讯