GPS高程拟合在矿区变形监测中的应用

管理及其他M anagement and other浅析GPS技术在地形复杂矿山变形监测中的应用刘卓伟摘要：GPS测量技术是一种常用的大地测量与工程测量技术，由于其精度高、速度快、成本低等特点而广泛应用于大地测量与工程测量的各个领域，其在矿山变形监测中起着举足轻重的作用，为了保证矿山安全稳定运行，需对变形进行实时监测。

GPS定位技术是通过测定待测点坐标来获取坐标数据，因此,在地形复杂的矿山进行GPS定位时会出现一定的误差。

本文将以某矿山为例，分析GPS 技术在地形复杂矿山变形监测中起算点坐标的精度。

关键词：GPS技术；复杂地形；矿山；变形监测；应用策略近年来，随着我国国民经济的快速发展，对矿产资源的需求也越来越大。

同时，我国对资源开采的要求也在不断提高，这就给矿山开采带来了很大压力。

然而矿山属于特殊行业，并且地质环境比较复杂，要想使工程能够顺利进行，就要加强管理，以确保不发生安全事故。

1 矿山变形监测工作开展的价值说明近年来，随着我国经济的高速发展，人们对矿产品的需求不断增加，矿山在我们的生活中是一种不可缺少的资源，但是在开采矿山时也会造成一定程度上的破坏问题。

因此，矿山监测工作就显得尤为重要。

在矿山变形监测系统中要监测地面沉降、边坡变形、地表位移等多种类型的情况，为矿山安全提供保障。

同时还要对地下采矿造成影响或危害等情况进行检测和评估。

在日常生活中有很多情况都需要对矿山开采造成一些影响和危害，因此可以通过进行矿体表面位移以及地应力变化等监测工作就能对这些问题进行检测，从而对相关情况进行评估和判断，并为后续相关工作提供依据。

2 矿山变形监测工作的任务与相关内容概述2.1 变形监测工作任务的说明矿山安全监测是利用各种传感器（包括地面位移、倾斜、沉降等）对矿山工程设施及开采作业过程中的各种环境要素（如矿井、硐室和采场）进行连续、动态地监测。

通过对矿山安全监测系统及监测数据的分析，可及时发现并排除各种事故隐患，有效保障矿山作业人员的生命财产安全，保证矿井生产的安全进行。

GPS技术在矿山边坡变形监测中的应用摘要：本文在简述矿山边坡变形监测意义的基础上，介绍了矿山边坡变形监测的任务和主要内容，根据我国某矿山边坡的实际情况,介绍了GPS变形监测网的设计，验证了GPS技术应用于矿山边坡变形监测的可行性，并且确定了最佳的观测参数。

关键词：GPS技术；矿山边坡；变形监测；最佳参数Abstract：This article in the summary mine side slope deformation monitor significance foundation, introduced the mine side slope distortion monitor duty and the primary coverage. According to our country mine side slope actual situation, introduced the GPS distortion monitoring network design, confirmed the GPS technology to apply in the mine side slope deformation monitor feasibility, and has determined the best observation parameter.Keywords：GPS technology；Mine Slope；Deformation Monitoring；The Best Parameters矿山边坡变形监测的意义我国的矿产资源非常丰富，已探明储量的有155种，为我国经济的发展奠定了坚实的基础。

随着我国经济的飞速发展，对能源和资源的需求量也大幅度增加，各地为了增加产量，花大力气扩大生产规模，但是在产量增加的同时随之而来的是这些工程区域以及工程运行期间所形成的边坡安全（变形）监测问题。

GPS技术在矿山变形监测中的应用研讨摘要：为了实现煤炭资源的合理开采，在矿井生产的各个阶段，都要进行矿山测量，测量的范围从地表至地下、从整体到局部。

随着开采的不断进行，赋存状态好的浅部资源日渐枯竭，开采逐渐向深部、山区转移，常规的测量手段已无法满足矿井规划的需要。

卫星定位是未来测量技术的主要发展方向，应该被广泛应用到矿山测量领域。

本文主要针对GPS技术在矿山变形监测中的应用进行简要分析。

关键词：GPS技术；矿山变形；监测；应用1系统简介1.1系统的组成变形监测系统主要包括通信系统、基准站、数据处理中心和用户系统四部分:通信系统主要是负责数据的传输工作，保证用户能够得到有关测量数据;基准站又叫参考站，是变形监测系统的重要组成部分，主要由接收机和天线两部分组成，负责相关数据的采集、记录;数据处理中心的主要功能是处理基准站搜集的数据，具体可分为数据误差控制以及误差校核，有效提高了测量的准确性;用户系统主要负责数据接收，方便使用者查阅相关测量结果。

1.2GPS技术的特点GPS技术的定位准确度非常高，在方位上的误差低于1mm。

随着技术的更新换代以及系统的不断完善，可进一步缩减探测的时间，一次探测过程常常在几秒钟内即可完成。

在进行探测时，只需测站上空开阔即可，而无需测站之间互相通视，在一定程度上节省了造标的成本。

应用多种不同的检测方法，不但可获得三维坐标，还能够实现准确测定。

系统的自动化水平越来越高，操作方便、节省人力，可大大降低作业人员的工作強度。

不会受到气候变化的影响，可用于全天候不间断作业，有利于野外测量工作的开展，同时能够得到更多的检测数据。

数据信息传输速度快，能够实现信息的即时发布，从而提高了监测系统的运行效率。

应用范围较广，在矿山变形、地质滑坡、裂缝等监测中都可以获得应用。

2 GPS监测的主要功能及特点2.1 GPS监测的主要功能实时监测。

GPS技术的应用有着极高的实时性，实现了对矿山变形情况的实时监控，在不间断监测方面也能够完全满足对相关数据的要求。

GPS 高程拟合在矿区的应用Ξ赵洪运(神华乌达矿业有限公司生产技术部) 摘　要:全球定位系统(GPS )具有方便、快捷、全天候等优点;矿区应用GPS 高程拟合在减少测量工作的野外劳动强度、快速建立及扩展矿山高程测量系统等方面具有很大优势。

关键词:全球定位系统(GPS );高程拟合;矿山测量 自20世纪50年代末人类成功地把第一颗人造地球卫星送人太空以来,空间科学与技术即以异常迅猛的速度飞速发展,以全球定位系统GPS (global po siti on ing system )为代表的卫星导航定位系统成为现代空间科学与其他多个学科高新技术融合发展的结晶。

GPS 是一种全新的空基无线电导航定位系统,它不仅能够实现全天候、全天时和全球性的连续三维空间定位,而且还能对运动载体的速度、姿态进行实时测定以及精确授时。

正是由于GPS 具有其他定位技术难以比拟的优越性,所以GPS 计划从一开始就引起了世界各国学者的广泛关注,使得GPS 的应用开发也几乎与其本身的发展同步进行。

GPS 高程拟合就是将GPS 测量的大地高(测站相对于W GS —84椭球面的高)应用某种数学模型转换为我国所采用的正常高(测站相对于似大地水准面的高)。

GPS 高程拟合在矿山测量中应用的构成如图1所示。

图1　GPS 高程拟合在矿山测量中应用1　GPS 高程拟合原理图2　高程异常示意图图2中H 表示大地高,h 表示正常高,Ν表示高程异常大地高、正常高和高程异常三者的关系为:Ν=H -h (1)高程异常是高程拟合的关键,求得矿山测量系统中选择的公共点的高程异常,就可根据该高程异常利用式(1)求出其它测点的正常高。

1.1　GPS 水准拟合模型进行GPS 水准拟合模型的方法很多,如:加权均值法、多项式曲线拟合、多项式曲面拟合、多面函数曲面拟合、非参数回归法、固定边界3次样条插值法、线性移动拟合法、神经网络法等等。

下面就阐述一下多项式曲面拟合和多面函数曲面拟合这两种方法的数学模型。

矿区GPS高程测量应用及精度分析【摘要】本文探讨了GPS高程拟合的原理及精度评定，并结合扎煤矿区GPS平面控制网及三等水准网计算结果，采用GPS水准方法拟合出高程，将其与水准高程进行对比，对GPS高程测量的应用进行了探讨，提出了一些结论和建议，对研究GPS水准测量具有重要的意义。

【关键词】GPS水准；高程拟合；高程异常；正常高l CPS高程测量原理1.1 高程系统1.1.1 大地高程系统大地高是以椭球面为基准的高程，即由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离，以H84表示。

利用GPS定位技术，可以直接测定测点在WGS—84中的大地高程。

大地高是一个几何量，不具有物理上的意义；它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合，来确定测点的正常高，具有重要的意义。

1.1.2 正高系统由地面点并沿该点的铅垂线至大地水准面的距离称为正高，以Hg表示，正高具有重要的物理意义，但不能精确测定。

1.1.3 正常高系统正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统，通常以H正表示。

具有重要的物理意义，并广泛应用于工程建设中，而且可以精密地确定。

正常高程系统为我国通用的高程系统，我国常用的1956年黄海高程系和1985国家高程基准，都是正常高系统。

大地高与正常高的关系，其中，s 表示似大地水准面-椭球面之间的高差，即高程异常。

显然如果知道了各点的高程异常值，则不难由各GPS点的大地高H84求得各GPS点的正常高H正值。

如果同时知道了各点的大地高H84和高程异常s ，则可以求得各点的正常高H正，关系式为：H正H84-s或S=H84-H正（1）由此可见，研究GPS高程的意义有两方面。

一是精确求定GPS点的正常高，一是求定高精度的似大地水准面。

用GPS和水准测量成果确定似大地水准面的方法为GPS水准。

目前主要有GPS水准高程（简称GPS水准）、GPS重力高程和GPS三角高程等方法。

在实际运用中主要采用GPS水准高程方法来确定似大地水准面。

实时动态GPS技术在矿区采空区地表变形监测中的应用摘要：论文在对比研究传统的变形测量监测方法、RTK变形监测、GPS实时动态变形监测方法的基础上，设计了某矿区采空去地表变形监测方案并得到监测数据；采用常规RTK方法和实时动态变形监测软件对监测数据进行了后处理，并对监测结果进行了对比分析。

结果表明：GPS实时动态变形监测方法不仅在精度上能够满足矿区采空区地表变形监测的要求，而且能够实时反应矿区采空区地表形变的实时状况，能够起到全天候监测和及时预警的效果，在矿区采空区地表变形监测中可以大力推广。

关键词：地表变形；GPS；实时动态；监测Abstract: Based on the comparison of traditional monitoring method, GPS periodic deformation monitoring method and GPS real-time dynamic deformation monitoring method, the paper designs a monitoring program for mine gob surface deformation based on GPS real-time dynamic method. The monitoring data were processed and the monitoring results were made to a comparative analysis. The result indicates: GPS real-time dynamic automated deformation monitoring, it not only can meet mine gob surface deformation monitoring requirements in accuracy, but also can in real time response to mining gob surface deformation in real time situation, and play a very good effect on all-weather monitoring and timely warning.Key words：surface deformation; GPS; real-time dynamic; monitoring0 引言近年来由于矿区采空区地表的沉降变形而引发的灾难的发生,对采空区地表沉降变形进行实时动态监测，能够直观地观测和预防此类事故的发生，对于挽救矿山的生产活动和财产安全有着重要的意义[1]。

GPS 在变形监测中的应用河南工程学院 刘小强摘要：对GPS 技术在变形监测中的应用、主要的GPS 变形监测数据处理方法、周期性监测和连续性监测模式以及GPS 变形监测存在的问题进行了全面的阐述。

关键词：GPS 测量；变形监测；连续监测系统；整周模糊度一、引言现实世界中许多灾害的发生与变形有着极为密切的联系，例如地震、溃坝、滑坡以及桥梁的垮塌等等，都是典型的变形破坏现象。

因而，变形监测研究在国内外受到了广泛的重视。

随着各种大型建筑的大量涌现以及滑坡等地质灾害的频繁发生，变形监测研究的重要性更加突出，推动着变形监测理论和技术方法的迅速发展。

随着科学技术的进步和对变形监测的要求的不断提高，变形监测技术也在不断地向前发展。

GPS 作为20世纪的一项高新技术，由于具有定位速度快、全天候、自动化、测站之间无需通视、可同时测定点的三维坐标及精度高等特点，对经典大地测量以及地球动力学研究的诸多方面产生了极其深刻的影响，在工程及灾害监测中的应用也越来越广泛。

二、GPS 技术在变形监测中的应用随着 GPS 接收机硬件性能的提高和软件处理技术的进步，GPS 相对定位的精度从以前的710-提高到910-量级。

进入 90 年代以来，由于 GPS 定位技术具有测站间无须通视、观测不受气候条件限制，可同时测定点的三维坐标，自动化程度高等特点，GPS 技术逐渐成为变形监测中的一种重要手段。

应用 GPS 技术进行板块运动和地壳形变监测为描述地球动力状态的一些物理模型提供了直接的经验。

比如 80 年代的监测手段 SLR （卫星激光测距）和 VLBI （甚长基线干涉），GPS 作业具有极大的灵活性，得到了广泛的应用。

如：在美国加利福尼亚州，从 1990 年开始，南加州的地震中心小组便沿着州内震断层布设了站间距 10-15km 的许多个 GPS 跟踪站阵列，根据这些 GPS 跟踪站测得的变形量为地震预报提供信息。

我国也成功建立了国家地壳形变 GPS 监测网、青藏高原地壳运动 GPS 观测网等。

关于GPS在矿区变形监测中的应用研究摘要：目前，GPS技术应用迅速发展，其作为全新的空间定位系统，在很多领域取代传统的测量方法。

其更是在变形监测领域，尤其是对矿区变形监测得以广泛运用。

在实际操作中，GPS不但可以减少相关测试工作难度，提升测试效率，而且可以通过合理处理并分析相关变形数据，能揭开地表移动的非线性特点，并对地质灾害和相关工程构建物进行安全评估、变形预测以及灾害防护等。

关键词：GPS；变形监测；基线一、什么是GPSGPS是Global Positioning System（即全球定位系统）的缩写。

它通过对高速移动的卫星瞬间位置并以此为起算数据，采取空间距离后方交会法，从而可以确定待测点的位置一种测量手段。

目前，GPS技术应用迅速发展，其作为全新的空间定位系统，在很多领域取代传统的测量方法。

经过数十年的维护及更新，逐渐完善，不但可以对各种动态或静态对象提供精确的三维空间坐标、精确授时以及速度矢量等信息，而且在地质测量、地壳变形监测、国土资源勘查等领域也能发挥重大作用。

近些年，各种突发性自然灾害或矿难，严重威胁着人民生命财产安全，并可能造成不可估量的损失。

其中的代价和教训是深刻的。

因而在难以实时检测并捕捉分析以获取相关灾害前兆的情况下，拥有定位精度准、观测时间短、全球性和自动化等等特征的GPS技术，并结合现当代网络通讯、数据库、计算机等先进技术，实时进行远距离的变形监测，从而成为各大工程或矿区的变形监测及预警的核心技术是有着特别重大和现实意义。

下面将着重探究分析对于矿区，GPS 在变形监测领域的应用。

二、矿区GPS变形监测（一）变形检测数据处理方法1.变形监测数据处理当前，GPS技术广泛运用于变形监测的同时，数据处理的方法也日渐多样化，例如小波变换法、动态卡尔曼滤波法、静态数据处理法、单历元解算法和神经网络法等。

下面，我们将以静态数据处理法为基础，总结如何对矿区GPS的变形监测网中的数据进行处理。

GPS高程拟合在矿区变形监测中的应用孙善一;王燕【摘要】利用GPS点水准联测数据,通过曲面拟合的方法得到高程异常值；最后通过对GPS拟合高程与水准测量高程的精度对比分析,论述了等级网GPS高程拟合在矿区地袁变形监测中的可行性.【期刊名称】《北京测绘》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】3页(P83-85)【关键词】GPS高程;高程异常;高程拟合【作者】孙善一;王燕【作者单位】安徽理工大学测绘学院,安徽淮南232001;安徽理工大学测绘学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】P228.4近几年来，GPS卫星定位技术已在测量领域得到广泛应用，平面位置的测量已经达到了很高的精度，人们期待着在可行的条件下用GPS高程测量代替传统水准测量，以减少工作量以及提高工作效率。

GPS得到的是大地高，实际应用中所采用的高程为正常高，两者之间存在高程异常值的差异。

本文结合实际工程项目，在平坦地区利用GPS曲面拟合方法对测区内观测点进行测量，并与三等水准测量值进行比较，来讨论高程拟合在矿区变形监测中的应用。

1 高程拟合原理传统的水准测量获取的是基于似大地水准面的正常高，而GPS获取的为WGS－84坐标系下的大地高。

其关系为：H常＝H84－ε，ε为高程异常。

高程拟合的原理，即通过水准和GPS重合点，获取已知的高程异常值，通过已知高程异常值拟合，构建似大地水准面，再由数学方法求解区域内任意一点的高程异常值，进而求解改正点的正常高。

2 GPS高程拟合方法和技术手段为了描述区域性高程异常的变化规律，目前采用的方法主要有：解析内插法和曲面拟合法。

在一个区域性的测区内，我们可以根据具体情况，选取一些分布合理、密度足够的GPS观测点，通过水准测量联测网中若干GPS点的正常高，精确获得这些公共点的高程异常，从而求得各点的高程异常和各GPS点的正常高。

2.1 解析内插法当测区内GPS点布设成线状时，可以根据测线上已知点的平面坐标和高程异常，用数值拟合方法，拟合线路方向上的似大地水准面曲线。