GPS 测量技术在煤炭地质勘查中的应用探讨

张智杰

煤炭地质勘查阶段分为预查、普查、详查和勘探四个阶段。在煤炭地质勘查中的测量工作可分为控制测量，地形测量和工程测量三个方面贯穿于煤炭勘查的各阶段，现就GPS控制测量和工程测量在煤炭勘查中的应用与同行探讨。

1 控制测量

控制测量分为首级控制、图根控制和勘控点控制测量，以下以宁夏吴忠和河南辉县等勘查区为例说明。

1.1 首级控制测量方案

宁夏吴忠某煤勘查区为详查阶段，设计要求在32 km2内测设15个D级GPS点，为满足勘查工作和今后矿井生产建设的需要，要求各相邻点相互通视。

1.1.1 首级控制测量的实施

本期使用4台国产南方灵锐S82型大地测量型接收机，采用边连接方式，由西向东推进，观测精度符合《全球定位系统(GPS)测量规范》，W84无约束平差精度良好，见表1。

表1 观测精度要求

本次D级GPS网共联测了四个已知点，它们分别是韦州北、十里山、煤山和周家圈南，并在这四个三等三角点中选择不同的起算点进行比较(见表2)，以检核和确定最佳起算数据。

表2 选择不同起算点比较结果 m

从表2可以看出，煤山、韦州北和十里山这三个三等点的精度较一致，故选择煤山、韦州北和十里山这三个三等点作为D级GPS网二维约束平差的起算点。

带权约束平差:由于测区所有观测量都是同一类型的，均为GPS静态解，因此可使用等权平差。在上述网平差中，一些外部误差如仪器对中误差和相位观测值中存在的频率误差没有加进去，因而GPS解的误差估计过小，为准确估计平差中的误差，GPS的原始误差应稍放大，本网用比例因子放大法定权。带权约束平差后，GPS网参考因子为1.00，并通过x2(α=95%)统计检验，说明对观测值加权正确，平差收敛。GPS网在高斯平面上二维约束平差后边长相对精度、点位中误差统计见表3。

1.1.2 首级控制测量的精度分析

本期施测的D级GPS网，平均边长2 km，均匀分布于测区。GPS观测基线边组成的图形结构很强;在北京54系平差后，平均边长相对中误差为1/92.5万，点位中误差平均值为0.53 cm。GPS拟合高程中误差0.44 cm，满足规范要求，优于常规四等三角网之精度。

1.2 图根控制

1.2.1 图根控制设计

按照勘查阶段的不同或甲方的要求，需要测绘不同比例尺的地形图，图根控制测量可采用RTK测量技术完成，我单位近期完成的河南辉县某煤炭勘查区，设计20 km21∶1000和1∶2000地形测量，设计图根点300个，采用全野外数字化成图。

1.2.2 图根控制实施

采用两个不同基站分别观测同一图根点四次，在平面和高程不大于规范要求时，取中数作为最终结果，平面采用三角架对中，高程采用小钢尺二次量高取中数输入手簿。作业过程严格执行《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》，本期共施测350个图根点，精度良好。

1.2.3 精度分析

在测图过程中采用全野外数字化测图，全站仪定向同时对各相邻图根点(包括首级控制点)进行了边长和方位角检查，其精度符合《城市测量规范》要求。

1.3 勘控点测量

为满足物探线端点、检波点、放炮点及钻孔平面位置的放样和定测，按《煤田地质勘探工程测量规范》要求，需在首级控制点的基础上加次一级的控制点(5 s点或图根点)，近几年来的实践证明以加密到E级点为宜，加密程度以满足工程测量为准，边长可根据工程测量的需要按照《全球卫星定位等系统(GPS)测量规范》中200m～5000m范围内控制。

2 工程测量

2.1 物探工程测量

外业测量时，利用RTK采用差分GPS技术，将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据地震工作需要和测线长短制定工作计划，基准站设置在工作计划待测线的中间位置的一个未知点上，基站四周地面开阔，没有高压线、移动和联通等通讯塔，无大树林和其他影响信号的遮挡物。

校正时采用两点校正，首先在RTK处于固定解的状态下对其中一个控制点进行校正，校正后RTK手簿显示的坐标与已知坐标比较，平面坐标与高程误差均小于0.05m时，在另一个控制点进行校正。同样在RTK处于固定解的状态下在第二个控制点进行校正，这两个控制点的平面直线距离至少相差1 km。利用第二个控制点校正后，从而根据两点校正计算出基准站精密坐标。计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。

在移动站整平时，RTK手簿显示的坐标与已知控制点的平面坐标和高程相比较，误差小于0.03 m时，进行RTK作业，利用RTK直接放样每个炮点和检波点地面位置并测出其高程。

2.2 山地工程、地质填图及钻探工程测量

山地工程、地质填图工程测量主要在煤炭勘查的普查阶段，其主要工作是对野外地质露头点、地质构造点等进行三维定位测量，同时，对开挖的探井、探巷、探槽和老窑井口进行三维定位测量工作。钻探工程测量贯穿于煤炭勘查的各个阶段，主要任务是对钻孔的放样和定测。实践证明可以用RTK测量方法进行。

3 结语

GPS测量技术符合现行《煤炭资源勘探工程测量规程》中“在满足本规程精度要求的前提下，经主管部门批准，可采用本规程未列入的其他方法，并尽量采用行之有效的新技术、新方法”的要求，其精度符合国标《全球定位系统(GPS)测量规范》《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》并远高于《煤炭资源勘探工程测量规程》。其全球性、全天候、连续性、实时性、无须通视的优势，尤其是GPS网络RTK的不断发展和完善，使得GPS测量技术在煤炭地质勘查中更为方便、快捷，可在煤炭地质勘查中广泛使用。

［1］王翠珀.GPS在抚顺露天矿北帮地面变形监测中的应用［J］.山西建筑，2010，36(16):358-359.