基于GPS的矿井井架变形监测.doc

 ( 1. 山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250014; 2. 中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221116) 摘要: 基于动态 GPS 定位技术，对井架进行实时变形监测。在分析传统监测方法的基础上，介绍了 GPS 动态定位的相关数据处理。通过对实际高频 GPS 井架监测数据的处理，结果表明，采用精度可 达毫米级的 GPS 动态定位技术可以替代传统方法，在各种复杂条件下对井架进行实时监测，为井架 应力分析和故障评价提供充分的实用信息。 关键词: 井架变形; 动态定位; Track 中图分类号: P228. 4 文献标识码: B 文章编号: 1001 － 358X( 2012) 02 － 0068 － 03 切相关，随着距离的增大，流动站定位精度也随之降 低，通常作业范围仅限制在 20 km 范围内。而 Track 软件在数据处理时考虑了电离层折射改正，大 气 延 迟改正，固体潮改正以及卫星和接收机天线 相 位 中 心改正，可满足长距离动态定位的要求。 为了获得高 精 度 的 坐 标 序 列，模糊度的快速解 井架是冶金采矿、采煤、石油钻探等提升设备的 重要组成部分。井架实际工作中，在工作提升载荷、 脉动风载荷等多种因素的影响下，使 得 井 架 产 生 平 面及高程方向三维摆动变形。当 变 形 超 过 一 定 限 值，会严重影响安全生产，成为工作过程中最危险的 安全隐患［1 － 2］。为此，必须掌握井架的动态变形，以 便采取相应的安全预警措施。 目前，井架的变形监测主要采取常规测量手段， 如全站仪进行平面变形监测，水准仪测定高程变形。 然而常规测量方法监测周期长、劳动强度大，难以满 足实时监测要求。 随着 GPS 动态定位技术 的 成 熟 发 展，可 在 各 种 复杂条件下实时获取监测点动态三维坐标数据时间 序列。GPS 自动化程度高、精度高、全天候等独特的 优越性，克服了传统方法的众多缺陷，为井架的实时 监测 提 供 了 有 效 的 监 测 手 段。 本 文 采 用 GAMIT / GLOBK 软件包中的差分动态定位模块 Track 进行高 频动态监测数据的单历元解算，用 以 分 析 井 架 的 实 时形变，得到了一些有益的结论。 ［6］ 算与周跳的正确修复是必须被解决的关键问题 。 Track 软件通过多个历元对与位置无关的 MW － WL 组合 和 Extra － WL 组合进行平滑处理，反 求 初 始 模 糊度，根据其精度在模糊度空间有哪些信誉好的足球投注网站出正确 的 整 周 模糊度值。 ? ? f1 － f2 P1 P2 MW_WL = Φ1 － Φ2 － ( 1) + f1 + f2 λ1 λ2 λ2 ( 2) Extra_WL = Φ1 － λ Φ2 1 式中，Φ1 、Φ2 为载波相位观测值，P1 、P2 为伪距 观测值，f 、λ ( i = 1，2) 分别为 L 、L 波段的载波频率 i i 1 2 和波长。式( 1) 和式( 2) 具有较长的波长，可用于快 速确定模糊度值。同时，利用 MW － WL 组合和 Extra － WL 组合观测进行周跳的探测，某历元存在周跳的 卫星作为新卫星重新计算整周模糊度值。 对整周模糊 度 固 定 后的双差观测值，采 用 卡 尔 曼滤波将流动 站 位 置、接收机钟差和大气延 迟 改 正 看做随机过程进行单历元解算，最 终 获 得 各 历 元 高 精度的三维 坐 标［7］。可广泛用于动态载 体 飞 机、汽 车等移动平台，同时也可应用于各种实时动态监测。 1 GPS 动态定位数据处理 GPS 实时动态测量技术，是以载波相位观测量为 根据的实时差分 GPS 测量技术。由基准站与流动站 的同步观测，采用相对定位原理，实时地计算流动站 的三维坐标［3］。Track 软件是麻省理工学院开发的一 个长距离 GPS 动态定位数据处理模块。其处理模式 分为: AIR、SHORT 和 LONG 三种，可处理短基线达到 毫米级精度，100 km 以上长基线厘米级精度［4 － 5］。 动态定位的 精 度 与 基 准 站、流动站间的距离密 2 井架变形监测新方案 本文引入 动 态 GPS 技术进行井架变形实时监 测。高频 GPS 定位，可为井架变形监测提供实时性 刘英华等: 基于 GPS 的矿井井架变形监测 第 2 期 2012 年 4 月 强、可靠 性 高 的 技 术 手 段。观 测 简 单 方 便，无 需 通 视，可在各种复杂环境下进行。其基本思想是: 在基 础稳定区域设立 GPS 基准站，监测体合适位 置 安 置 GPS 流动站。通过长期静态观测，求得基准站与流 动站已知初始坐标。监测过程利用载波相位差分技 术，可实时获取流动站的三维坐标与变形值。 为了分