礦區(qū)地質(zhì)沉降觀測(cè)GPS定位的技術(shù)運(yùn)用論文
礦產(chǎn)等資源的大規(guī)模開采,滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要,為社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也會(huì)引起礦區(qū)各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,造成礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞,反過來阻礙了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：礦區(qū)地質(zhì)沉降觀測(cè)GPS定位的技術(shù)運(yùn)用相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
礦區(qū)地質(zhì)沉降觀測(cè)GPS定位的技術(shù)運(yùn)用全文如下：
【摘要】近年來，隨著GPS技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)。煤礦開采過程中由地表沉降造成的經(jīng)濟(jì)損失及人員生命安全問題，已經(jīng)越來越為全社會(huì)所關(guān)注，各類大大小小的煤礦安全事故，究其原因，除開采過程安全意識(shí)薄弱之外，還缺乏相應(yīng)的觀測(cè)手段保證，因此，本文即對(duì)GPS技術(shù)在礦區(qū)沉降觀測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行一點(diǎn)探討。
【關(guān)鍵詞】GPS技術(shù);礦區(qū)沉降;觀測(cè);應(yīng)用探討
0.引言
隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷的發(fā)展完善，給測(cè)繪定位技術(shù)帶來了革命性的改變，為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來用測(cè)角、測(cè)距、側(cè)水準(zhǔn)為主的常規(guī)地面定位技術(shù)正逐步被以一次性確定三維坐標(biāo)、高效率、高精度的GPS技術(shù)所替代，定位方法從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，定位服務(wù)從導(dǎo)航和測(cè)繪領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域。
1.GPS的定位原理
我們假定在地球上方某一空間位置放置一顆能發(fā)射無線電信號(hào)的衛(wèi)星，同時(shí)在地球表面三個(gè)不同位置分別安放可接收該衛(wèi)星無線電信號(hào)的裝置，便可測(cè)出地面接收裝置的坐標(biāo)，若把空間衛(wèi)星納入統(tǒng)一坐標(biāo)系中，根據(jù)接收裝置所接收到的信號(hào)也能很方便計(jì)算出所有接收裝置分別相對(duì)于衛(wèi)星的幾何距離，然后再根據(jù)無線電測(cè)距交匯的原理，便可進(jìn)一步計(jì)算出衛(wèi)星的空間幾何坐標(biāo)。更形象地說，在這個(gè)空間中，如果以三個(gè)接收裝置為圓心，以它們到衛(wèi)星的距離為半徑畫圓，那么三圓軌道的交匯點(diǎn)即是衛(wèi)星的空間坐標(biāo)。GPS的定位原理恰好就是上述的一個(gè)逆向過程，也就是說，我們可以通過地面的接收裝置同時(shí)接收3顆或3顆以上衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，同時(shí)在已知所有衛(wèi)星的臨時(shí)空間坐標(biāo)的情況下，同樣可以通過無線電測(cè)距交匯的原理計(jì)算出地面裝置的三維坐標(biāo)，此即為GPS的定位原理。
2.礦區(qū)開采沉陷觀測(cè)指標(biāo)
由于井下開采而形成采空區(qū)，巖體移動(dòng)和被破壞逐步會(huì)波及到地表，從而致使采空區(qū)上方地表從原有的標(biāo)高產(chǎn)生下降，形成一個(gè)比采空區(qū)更大的沉降區(qū)域，改變地形地貌的同時(shí)，引起地表標(biāo)高、水平位置的變化。定量的表述指標(biāo)包括下沉，即地面點(diǎn)的沉降，為垂直分量常用w表示;水平位移，即地表下沉盆地中某一點(diǎn)在水平方向上的位移，常用u表示;傾斜，即相鄰兩點(diǎn)在豎直方向的下沉與其水平距離的比值;曲率，即相鄰兩線段的傾斜差與兩線段中點(diǎn)水平距離的比值;水平位移，是指相鄰兩點(diǎn)之間的水平移動(dòng)差與兩點(diǎn)之間的水平距離的比值，一般表示為ξ。
通過測(cè)量工作可以計(jì)算出測(cè)點(diǎn)在垂直面內(nèi)的移動(dòng)向量W及在平面上的移動(dòng)向量U，還有測(cè)點(diǎn)的下沉和下沉速度w和v，測(cè)點(diǎn)的水平移動(dòng)u和點(diǎn)間的水平變形ξ以及空間的移動(dòng)向量和坐標(biāo)方位角a;并且可以得到觀測(cè)點(diǎn)水平移動(dòng)以水平變形曲線、觀測(cè)點(diǎn)垂直下沉曲線、觀測(cè)區(qū)域地形及觀測(cè)線地質(zhì)斷面和觀測(cè)點(diǎn)在垂直面內(nèi)的移動(dòng)向量等。通過掌握這些建立在測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性基礎(chǔ)上來預(yù)測(cè)沉陷，能夠更好的預(yù)測(cè)和估計(jì)沉降規(guī)律。
3.GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)及觀測(cè)
3.1布網(wǎng)的基本思路
監(jiān)測(cè)點(diǎn)布網(wǎng)時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇地面水系發(fā)達(dá)、地下流沙層較薄、礦區(qū)沉降變形嚴(yán)重、持續(xù)性長(zhǎng)的環(huán)境;監(jiān)測(cè)網(wǎng)要便于長(zhǎng)期保存，易于恢復(fù)和維護(hù)，監(jiān)測(cè)精度要高。整個(gè)網(wǎng)分級(jí)布設(shè)，應(yīng)分為框架網(wǎng)、基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)?？蚣芫W(wǎng)用于支撐基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)可長(zhǎng)期保存，基準(zhǔn)網(wǎng)建立于框架網(wǎng)，網(wǎng)點(diǎn)在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定不變形，便于直接形變監(jiān)測(cè)，可借助與基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)和恢復(fù)。此外網(wǎng)型結(jié)構(gòu)盡量堅(jiān)強(qiáng)，內(nèi)符合精度小于5mm。
3.2網(wǎng)型的設(shè)計(jì)與選點(diǎn)
在網(wǎng)型設(shè)計(jì)及選點(diǎn)時(shí)應(yīng)使GPS網(wǎng)采用整體設(shè)計(jì)、分級(jí)布網(wǎng)的原則，鑒于便于保存、檢測(cè)和維護(hù)的要求，在基本遵循D級(jí)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的距離可適當(dāng)方框，應(yīng)滿足下表要求。
此外，框架網(wǎng)點(diǎn)間可以不通視，基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)間盡量通視，監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)間必須通視;GPS點(diǎn)采用二位數(shù)字編號(hào)，也可以根據(jù)測(cè)點(diǎn)的地理位置特征進(jìn)行命名;為確保網(wǎng)型堅(jiān)強(qiáng)，網(wǎng)型布置盡量采用網(wǎng)連式，特殊時(shí)可采用邊連式;網(wǎng)點(diǎn)選在易于安置接收設(shè)備、交通便捷、視野開闊、便于保存、地勢(shì)較高的地方;各級(jí)網(wǎng)間便于聯(lián)測(cè)與擴(kuò)展，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置再工業(yè)廠房、煤倉等建筑屋頂上，以利于長(zhǎng)期保存和通視。
根據(jù)礦區(qū)地面建立的控制網(wǎng)，按測(cè)量要求相沉陷區(qū)域引觀測(cè)站測(cè)量點(diǎn)，通視測(cè)定觀測(cè)線交點(diǎn)或某一個(gè)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。觀測(cè)點(diǎn)與地面控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)后，應(yīng)對(duì)觀測(cè)站的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行開采前的最初兩次全面觀測(cè)。在塌陷區(qū)內(nèi)設(shè)各觀測(cè)點(diǎn)，以計(jì)算各種移動(dòng)變形值，這些點(diǎn)可根據(jù)需要靈活的進(jìn)行布置，無需考慮點(diǎn)位通視，因此觀測(cè)線可穿過建、構(gòu)筑物或其他障礙區(qū)，從而為“三下”采煤提供最直接的地表移動(dòng)變形數(shù)據(jù)。由于對(duì)采動(dòng)前和采動(dòng)穩(wěn)定后觀測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有較高的要求，可采用雙基準(zhǔn)快速靜態(tài)的測(cè)量模式進(jìn)行觀測(cè)，每點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間視衛(wèi)星狀況而定。采動(dòng)過程中的觀測(cè)可采用走走停停的觀測(cè)模式進(jìn)行，每次觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)基線
4.GPS數(shù)據(jù)的處理
GPS數(shù)據(jù)處理要從原始的觀測(cè)值出發(fā)，得到最終的定位成果?？煞譃镚PS基線向量和GPS網(wǎng)平差兩個(gè)階段。處理流程為：數(shù)據(jù)采集―數(shù)據(jù)傳輸―預(yù)處理―基線解算―GPS網(wǎng)平差四個(gè)步驟。其中數(shù)據(jù)處理工作主要是進(jìn)行原始的數(shù)據(jù)粗差檢測(cè)，將原始的數(shù)據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)化，基線向量的解算是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，主要是對(duì)觀測(cè)值殘差的分析和基線長(zhǎng)度的解算和精度分析，最后對(duì)基線向量閉合差進(jìn)行計(jì)算和檢核。GPS網(wǎng)平差包括GPS基線向量的無約束平差、約束平差以及GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)和平差等。
和IGS精密星歷，在基線解算過程中，基線解的精度是保證監(jiān)測(cè)成果可靠性的基礎(chǔ)，因此在GAMIT精密求解軟件進(jìn)行基線解算時(shí)采取一些必要的技術(shù)措施，其中，衛(wèi)星鐘差的模型改正使用國(guó)際IGS提供的衛(wèi)星精密星歷;根據(jù)偽距觀測(cè)值計(jì)算出接受機(jī)鐘差進(jìn)行鐘差的模型改正;電離層折射延遲用LC觀測(cè)值消除;利用實(shí)測(cè)干濕溫和氣壓數(shù)據(jù)作為依據(jù)，改善對(duì)流層模型;接受機(jī)天線相應(yīng)中心改正采用GAMIT軟件中的設(shè)定值;參考框架為ITRF00框架，慣性框架采用J2000;解算模式為基線解。
5.開采沉陷與變形分析
對(duì)GPS移動(dòng)觀測(cè)線上的點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)各期觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算下沉量，按照開采沉陷定量評(píng)估指標(biāo)參數(shù)解算相應(yīng)的量，并繪制下沉與時(shí)間的關(guān)系圖，通過相鄰點(diǎn)下沉量計(jì)算地表傾斜、曲率及水平位移。在針對(duì)性區(qū)域的沉降與變形監(jiān)測(cè)，可在監(jiān)測(cè)網(wǎng)提供的基準(zhǔn)點(diǎn)基礎(chǔ)上設(shè)置專門的監(jiān)測(cè)工作點(diǎn)實(shí)施加密監(jiān)測(cè)，在工作點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計(jì)算沉陷與變形參數(shù)，并在變形參數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)沉陷與變形進(jìn)程、變形當(dāng)前狀態(tài)、是否已達(dá)到臨界變形值等沉陷與變形結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，作出沉陷及變形的預(yù)測(cè)。
6.結(jié)語
煤礦企業(yè)通過GPS技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)ΦV區(qū)地表進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、高效的觀測(cè)，并且能合理對(duì)礦區(qū)地面沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，從(下轉(zhuǎn)第181頁)(上接第297頁)一定程度上能夠起到提前預(yù)防安全隱患的作用，有利于煤礦企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
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