煤田地质测量中GPS数据处理技术研究

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【摘 要】煤田地质控制测量是路线勘测设计的基础，随着煤田的兴建，对煤田勘测提出了更高的要求，由于矿井长且已知点少，因此，用常规手段不仅布网困难而且难以满足高精度的要求，而GPS高精度的特点正好可以满足这一要求。本文在吸收国内外GPS定位技术研究成果的基础上，进一步对GPS在煤田地质工程测量中的理论与方法进行了系统的研究，研究了GPS数据处理的流程，给出并分析了GPS煤田地质控制测量的数据处理结果。

【关键词】GPS 煤田地质测量 数据处理

1 gps在煤田地质工程中的应用

我国自80年代末石油部、总参测绘局、国家测绘局等陆续进口了GPS接收机并展开了各方面的研究工作。GPS在煤田地质工程中的应用主要包括：煤田地质控制测量、煤田地质测量等。 在煤田地质工程中首先引入GPS的是煤田地质控制测量。煤田地质控制测量是路线勘测设计的基础，随着煤田的兴建，对煤田勘测提出了更高的要求，由于矿井长且已知点少，因此，用常规手段不仅布网困难而且难以满足高精度的要求，而GPS高精度的特点正好可以满足这一要求[1]。在煤田地质控制测量中通常采用静态相对定位技术，也就是至少有两台GPS接收机同时观测，经处理后可以精确获得两点的三维坐标差，根据其中一点的坐标可推算出另一点的坐标[2]。由于静态相对定位精度高，因此广泛应用于大地测量、形变监测等高精度测量领域。同样静态相对定位技术将在相当广泛的范围内逐步地取代以往的常规测量方法广泛应用于煤田地质控制测量中，如用于建立路线精密控制网、桥隧精密控制网等。随着应用理论研究的深入以及作业规范的建立和完善，静态相对定位技术将会更好的为煤田地质工程中的控制测量服务。RTK技术可与常规全站仪相结合，充分发挥GPS无需通视以及常规全站仪灵活方便的优点，把两者相结合，可满足煤田地质工程各种场合测量工作的需要，并大大加快观测速度，提高观测质量，形成新一代的线路勘测系统。RTK与常规全站仪相结合的应用是煤田地质测设测量技术发展的一个重要方向。

2 精度评估方法

GPS数据处理通常包括为三个步骤：一、数据准备；二、基线处理；三、网平差。数据准备根据实际工作的不同有所变化，一般包括数据下载、格式转换、数据质量检查及观测文件合并等工作。 GPS数据处理的第二步是进行基线处理。基线处理通常单天进行，即按每天一个时段进行基线的处理。通常基线处理软件一次只能解算一个时段同步观测站的数据（目前最长的一个时段的长度为一天），而且解的形式是基线解，我们将它称为基线单天解。网平差是把不同时段的基线单天解进行统一处理。合并多时段解的常用方法是最小二乘平差法，这通常是法方程迭加过程。除用最小二乘平差法外，还可以用卡尔曼滤波法，卡尔曼滤波法的好处在于它计算速度较快，节约内存等。我们假定测站坐标、卫星轨道参数以及地球定向参数是随机变化的，即认为这些参数是随机漫步的（Random walk），可以用马尔科夫过程描述它。GPS常用评价站坐标精度的指标是多时段基线重复性和多时段坐标重复性。基线重复性计算模型：

（1）

上式（1）中 为观测时段， 为基线 的重复性统计值， 为第 时段基线 的中误差， 为第1时段基线解算结果， 为总的时段数， 为基线结果的加权平均值。有：

（2）

基线结果的评价还以基线长度与误差的关系来衡量，有两种形式：

（3）

（4）

这里的 四个参数可以根据基线长度和它的重复性统计值 拟合出来。也有以基线的三个分量分别检验它的重复性的，这三个分量是南北分量 ，东西分量 和高程分量 。

3 数据处理实例与精度分析

3.1 某大地控制网联测结果

以下给出了两个大地控制点的计算结果。一个未知点是F007，位于东南地区，观测仪器是捷创力2202。观测日期是1999年6月19日（UTC）年积日为1700。另一未知点是JB32，位于西北地区，观测仪器是Ashtech Z 12。观测日期是1999年7月23日（UTC），年积日为2040。以两小时为观测时段长度，一天数据按12个测段分别进行计算。表中列出了12个测段三个坐标分量 ， ， 的计算值与己知值（多天观测平差结果）之差（表中第2， 4} 6列），和对应的计算精度（表中第3， 5， 7列）的平均值、最大值、最小值以及12个测段的重复性（重复性）。单位均为米。从以上结果可以看出：不同型号的仪器获得的定位精度不同，对Ashtech仪器，水平方向的重复性在1 cm左右，东西分量比南北分量差，高程方向分量的重复性大于2cm。对捷创力仪器Geo2200，南北分量的重复性在2cm左右，东西分量和高程分量方向的重复性大于4cm。

3 2 某煤田地质控制网测量结果

图1给出了某煤田地质勘测设计院在桂林某煤田地质建立的控制网的点位分布图。其中有三个点为已知点，图中以“三角”符号表示，其余点为待定点。

图1 某煤田地质控制点位分布

该控制网沿煤田地质两侧布置控制点，以方便放样。测量采用Ashtch单频接收机进行，采样间隔10秒。测量日期为2003年236-242天。

4 结语

本文在吸收国内外GPS定位技术研究成果的基础上，进一步对GPS在煤田地质工程测量中的理论与方法进行了系统的研究，研究了GPS数据处理的流程，介绍了高精度数据处理GPS软件 GAMIT。给出并分析了GPS煤田地质控制测量的数据处理结果。

参考文献：

[1] 李天文.CPS原理及应用.[M].北京：科学出版社，2004.

[2] 姜晨光 等.GPS/RTK技术应用于公路勘测的研究与实践[J].公路，2000（10）：62-64.

作者简介：刘晓东（1979―），男，河南永城人，本科，毕业于焦作工学院，工程师，研究方向：煤田地质测量。