煤矿矿区测绘综合模式浅谈及GPS变形监测分析

【摘 要】本文系统的介绍了测绘综合模式的几种类型，并重点介绍了GPS变形监测系统的工作原理，建立GPS变形监测网络，对矿区的变形进行监测和测绘，并对监测点进行深入的分析。GPS监测系统能反映地表变形的特征，能够预测矿区井工开采后地表变形的规律，为矿区安全开采提供了一种测量的保障。

【关键词】矿山测绘综合 GPS变形网络 监测点变形分析

1 矿区测绘综合模式内容

矿区测绘的内容很多，包括井下巷道测量、矿山测量、工业广场测量、地形变化测量等等，在对矿区进行测绘时，应该首先了解各项测绘内容的特点，找出其共同特点和各自特有的特点，从而建立一个综合模式进行测绘。

1.1矿区各项测绘工作的共同内容

1.1.1平面测量控制相同

由于矿区各项测绘工作的特殊性，各项测绘工作可以看成是工程测量的程序步骤，因此都可以采用首级控制网。各项测绘工作的平面测量控制中的观测方法、布设方式等可以相互利用。

1.1.2点位测定与标设相同

矿井井筒的定位、井下巷道的测绘、同地面变形的观测、地表建筑的测绘都在相应的基本控制的基础上进行测绘，其点位的测定、标设具有同一性。因此点位测定与标设是相同的。

1.1.3比例尺图的基本要素相同

矿山地质地形图、井工开采图、房产平面图的比例尺基本要素有许多共同点，比例一般为1：500、1：1000、1：2000，比例尺图的内容一般包括行政区域界、永久建筑物、各级的控制点、重要的单位和桥梁、道路等。

1.2矿区各项测绘工作的各自特点分析

矿山测量的特点是其立体多层空间的特性，使得矿区测绘不仅有地面测量工作，同样包含了井下巷道的测量、井巷的导线测量、井上井下的联系测量以及井上井下的对照图编绘等等，其各项测量的特点不同，井下巷道的测量注重巷道的宏观设计，导线测量注重导线的直线程度，井上井下的联系测量注重测量的准确性，因此不同的测量工作，其测绘内容不同，各自特点也不同。

2 矿区测绘综合模式种类

矿区各项测绘工作既有其共同性，也有其特有的特点，可以相互补充，进行综合性的取舍，因此矿区测绘综合模式更加显得重要，也是可行的。矿区测绘综合模式有以下几种。

2.1矿区控制测量的综合

利用各项测绘工作原有的各级控制点，通过增设新的点位，构建一个共同的首级控制网。

2.2矿区测绘工作点位的综合

根据矿区各项测绘工作工作点位的具体要求，选择一个较高的点位技术标准，从而达到各项测绘工作点位的要求，在共同的控制网基础上，进行统一的全面的观测，形成一个统一的点位统一坐标。

2.3矿图的综合

对于矿区的地形绘制，一般采用大比例尺综合地图进行绘制。一般包含了井下巷道的测量、井巷的导线测量、井上井下的联系测量以及井上井下的对照图编绘等等。

2.4矿区测绘综合地理信息系统

随着GPS技术、计算机技术以及地理信息系统的快速发展，矿区测绘综合模式越来越方便自如。建立矿区测绘的数据库系统，从而完善建立综合的地理信息系统，使测绘的各项工作既可以统一处理，也可以满足不同测绘工作的不同要求；同时矿区测绘综合地理信息系统可以将具体的矿区地质地形及矿区井上井下的空间形态借助多媒体的形式表现出来，从而达到对矿区测绘的管理，简单方便。因此矿区测绘综合地理信息系统得到广泛的应用。

3矿区GPS的变形监测分析

随着矿井的开采，地表也出现了不同程度的变形、塌陷等现象，如果及时准确的监测矿区的变形，能够及时的为矿井的安全生产提供保障。GPS变形监测精度高，而且不受地形条件的限制，与地理信息系统相结合，可以广泛的应用在矿区变形监测过程中，能够时刻的监控地表的变形变化情况，在矿区变形监测中得到了广泛的应用。以下几个方面是介绍矿区GPS监测的过程。

3.1矿区GPS监测网的建立

矿区的变形监测，不仅需要监测矿井开采引起的地表沉陷，也要对地表的移动进行监控。当地表产生沉陷移动变形时，设置的控制点也可能产生沉陷移动变形，因此在建立矿区GPS监测网时，要建立足够多的监控点，满足矿区监控所需，保证矿区周围都在GPS监控范围之内。为了保证GPS监测网监控的精度，要在变形的区域外设立固定点，以作为比较点，比较监控网内的变形情况。

因此布置GPS监测网时，应该要保证变形区域监测网内的点位稳定，同时也要保证GPS监测网内的点位间能够的相互通视，同时也要保证GPS监控变形网外的区域的固定点的设立稳定，这样才能满足GPS监测网的监测点要求。

3.2矿区地表变形GPS的监测

GPS监测网布置完成后，开始在监控网内布置GPS接收机，一般而言，矿区变形监测分为定期性和实时性。定期性是定期的在监测点放置GPS接收机，定期的接受监控点的数据，并进行数据的处理，根据数据处理情况，分析矿区地表变形情况。实时性是指在所有监测点安装GPS接收机，进行实时监测，在每一个固定时段GPS接收机将监测点的数据导入到GPS分析软件中，得出地表变形情况。根据工程实践情况，实时性监测更能够及时的反馈地表的变形情况，可以准确的建立地表沉陷移动模型，为矿井安全生产提供及时的数据反馈，所以GPS实时性监控更适合矿区监测的需求。在采用GPS监测时，由于坐标系的变化，容易造成了监测精度的损失，因此GPS监控网高程坐标采用大地标高，平面坐标选择一个子午线。在采用GPS进行观测时，在每一个点位配备多台的GPS接收机，形成多边形同步环通信，提高GPS监控的精度和防止出现某台接收机停止工作所造成的误差。

GPS变形监测分析软件基于Windows系统，开发工具为Visual C++和Visual FoxPro采用了结构化的设计方法，软件的核心是数据处理。该软件系统分若干个板块，如数据建模、数据计算、数据管理、岩移求参、图形绘制、数据打印等功能模块。该GPS变形监测分析软件实用性强，操作简单，可以实现GPS观测地表变形实时性，和数据处理后的可视化性。

3.3 GPS监测点移动变形规律分析方法

陕西某矿区建立了GPS监测网，监测网中的监测点每半小时导出一次监测点的下沉量。以该GPS监测网中的某一点进行分析，该监测点测量了800min，记录了该段时间内该点的累积下沉量，建立了时间曲线示意图，如图1所示。

从图1可以得出，在地表下沉过程中，开始阶段累积下沉量与时间成正比关系，时间越长，累积下沉量越大，可以得出，开始阶段该处地表一直正处在下沉阶段。但是随着时间的增长，地表累积下沉量趋于稳定，可以看出，后期该处地表下沉处于稳定阶段，地表下沉累积量并没有出现大的变化。而且该处最大地表累积下沉量为0.8cm。

在计算地表总下沉曲线的分形特征，一般采用分形维数来度量，用容量维数求分形维数，定义为：ln[N（（r）]=1.004Ln（1/r）+5.604

实际计算时，首先给出r的5个不同值2k，k=1，2，3，4，5作为覆盖盒子的边长，统计相应的r覆盖的正方形数目N（r），并计算出相应的ln[N（r）]和ln（1/r）的值，如表1所示。

根据分形维数估计原理，图中回归直线的斜率为图形分形维数，因此地表下沉总曲线的分形维数为1.004，因此可以通过用分形维数来描述地表移动系统的动态化过程，根据GPS监测不同时期的地表下沉移动数据，可以求得不同时期的分形维数。

4 提高GPS监测精度的方法

（1）应该保证监测点的稳定性，避免由于自然条件产生的误差。

（2）采用抗干扰能力强的天线。

（3）观测时间要长，不能太短，而且要选择合适的窗口。

（4）增加空余的观测点，防止因为观测点的损坏而造成的误差，从而减小误差的积累。

5 结语

矿区测绘的综合模式人员设备的综合利用率高，节省了重复测绘所需的人力、物力，在GPS变形监测技术日益成熟的条件下，矿区测绘综合模式越来越有广泛的应用价值，有利于矿区测绘技术的协调发展。

参考文献：

[1]刘昌华.矿区测绘综合模式分析及研究[J].矿山测量，2000，05： 74-75.

[2]栾元重，韩海涛.矿区GPS变形监测与变形分析[J].测绘工程，2002，6：14-17.

[3]潘焱清，颜荣贵，陈光辉.矿区GPS变形监测[J]. 地矿测绘，2002，06：18-21.

作者简介：胡少鹏（1986―），男，陕西咸阳人，汉，大专，测绘助理工程师，研究方向：主要从事煤矿采动覆岩离层分布规律与地表沉陷控制研究及工作