运用GPS卫星测量技术监测矿山动态变形的研究译文资料.docVIP

运用GPS卫星测量技术监测矿山动态变形的研究 J. X. GAO, N. S. ZHENG, G. L. GUO J.WANG （环境和空间信息学院 中国矿业大学, 江苏,徐州 221008） 摘要 在中国东部的一个高含水地层的高原矿业地区,随着煤矿业的高速发展,尤其是运用全机械化采煤,引起了许多表面的变形。同时大量的地下水正被萃取,它会很快导致水准控制网失去它的作用。为了维持安全生产,一个基准的测量为建立科学的变形监测系统提供了可靠的基准面。在这篇论文中运用具有高精度变形监测系统的GPS测量技术的理论和方法研究了关于1000平方米的矿区的变形.它的焦点集中在动态变形地区GPS变形监测系统的方案和数据质量控制索引和数据分析模型系统。最后是一个关于变形监测的案例介绍和讨论。 GPS监测网设计的必要条件 在中国东部的一个高含水地层的高原矿业地区, 随着煤矿业的高速发展,尤其是运用全机械化采煤导致了大面积的动态变形。为了找到地表变形的规律.要考虑一下的因素。 （1） 这个GPS控制点不仅要满足GPS网的基本需求,而且要保持一定时间的稳定性,控制点应该建立在坑轴线变形易监测的位置,控制点的数量和监测的变形位置的距离是根据实际情况设计的。一般至少要建立三个点。其中一个点建立在绞盘轴的方向,另一个建立在与之垂直的方向。 （2） 基准点选择建立在离监测目标稳定的地方,至少需要三个基准点来检验监测点的稳定性。为了降低仪器刻度误差的影响,两个基准点之间的基线距离不能超过2千米。 在基准点和监测点间的强迫对准通常能减弱仪器安置的误差。 （4）为了满足变形监测的条件，至少其中一个点是WGS-84坐标系下的基准点。水平和垂直的观测的平均误差应该控制在3mm~5mm之间。 2．确定基准点的稳定性 2.1 基准点稳定性确定的标准 由于一些观测误差和仪器的移动使基准点的坐标系发生了改变。因此需要建立一些标准点来检验基准点的稳定性。假设基准点的名义精度是amm±bppm×d，d是基线的长度，单位为km。构成基线向量的分量分别为、和，可以得到下面的公式： （1） 如果每个基线向量的分量被认为是相等的，那么上式可以写成： 两次观测引起坐标存在差异，上式又可以写为 So the RMS of the difference of coordinates resulted from two times can be expressed as: 如果一般情况下3倍的RMS在容许误差范围内，我们能建立下面的模型： （2） 如果根据标准点算出的基准点的坐标变化值超出了，可以认为选择的基准点是不稳定的。应该选择一些新的基准点和判断其稳定性的方法再次计算它的稳定性变化。 2.2 不稳定点的消除 在GPS观测的中一些误差是存在的。例如周跳、多路径效应、对流层折射、大气折射等等。同时基准点的位移也要考虑。消除基准点的位移应当考虑下面的模型。 （3） 是k和j前后坐标的改正值，监测点的近似坐标，是的基线 k到 j观测向量，是基准点k的坐标，是监测点 j的近似坐标，和是常量。当在k到 j的基线向量中没有粗差时，=0，反之为=1；如果基准点有位移，=1，否则=0。 在模型（3）中，最后两部分对基准点的位移和观测数据粗差有着相同的影响，在本质上它被认为是观测误差，可以通过robust估算计算出。为动态估计这个误差，应选择基于标准化残差的独立观测模型，可以通过如下式等价观测函数： （4） 其中： （5） 是分位参数，是淘汰点，是第个观测值的多余观测分量，验后单位权中误差，是改正数。某些变形估计模型也可以通过公式（4）计算。 3.变形监测数据的质量评估系统 3.1 野外观测的质量评估系统 为了效核数据处理的结果，给定了一些数据处理的指标，例如同步环闭合差、 异步环闭合差、重复基线误差等，为确保野外观测数据的质量。当找到一些观测质量差的基线时，为确保数据的质量采取一些方法，例如消除不稳定点、重复观测和改变监测点的位置。 3.2 GPS网数据无约束平差的数据质量控制 为了保证GPS网无约束平差的数据质量控制，精度、置信性水平是要考虑的三个指标。 3.2.1 评估精度 GPS网的精度是通过单位权中误差、点位中误差、基线向量RMSs和它的相对中误差来评估的。 3.2.2 GPS网可靠性的评估 （1）内部可靠性的指标 通常一个GPS网的内部