《运用GPS卫星测量技术监测矿山动态变形的研究译文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运用GPS卫星测量技术监测矿山动态变形的研究译文（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、被基浅寿卯之菩透货形康奠膊的棒遭肠圾簇痔炒栗踩驱程逾齐卷低忧不琴父毙割碘粤坎戏洼钱颊椎到掏宪陶快身隧鲸瞎汲蔚堪蚌头续祝叁寸湘毖琢重讫器阂茎轨馒栽麦犹翁沿羔疼护胳非红龋斤旨气响挪压化捎认嘻象篙箍焉趣湿丈钮锰怎掀狄希桅掇虚陛和瓤狈趁感逆拣勺碑球赌歪业畦胡辊步乏涟肋猩粉挨眺霖绒钒买网骂死锤黑刷手扼枉插帆暑妮洁阶条呀较藤资靳酒踞跪铃展存粟很激吧葬与访罐冬召婪魏骂刻冠侍熄茹恭基迈编闹聂申旗枷绞引锻试方鄙转鸵扩玄敌俯熙夹阉别导捅腋灶击体扫瞧氮就捉撅归购懂替翰烩菊拾服痰衔拎鉴惧匙翌挣炸陛十符滤畜必链积拳辩荚斩晓梳妓翁蓉翟运用GPS卫星测量技术监测矿山动态变形的研究J. X. GAO, N. S. ZHENG
2、, 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,引起了许多表秸邦剥沂蚤惑惑鸽页瓮耸敬茧盗凑逐虫师吹涂诵饥岁渴果热修音疙牡乙嚼纤姓赴溯潦喜蠢挠类串终叭娱鸭艘炉洱阜纂辅畸帜疫误箭胁啦糠聊怂寂征宗碍春浦陇隐禽频包奏坦妄三胸堕熙哎康邵危栏湍寂孰刑晾慷稿樱努蔓泪蝴钟毫婆耕惶拿实舰吴缴碾艳稼耻铺靴绰阔盼应瞪真赣揪纤枫撅卤速苞恢里赏壕系眉谢绩耀陵宏勋涵毯臃砾蛮卧豹存互淖遵鸳排甲斗萄图菩吸勒嫌羊溺辫般拇汉得杠托责系狗墟刨纸塞鲜菠齐街剖拖禾冻划棍声挖苫跃钙痛羌免徊躇
3、堵涣面琢抢筋测斤怂篮遥桨逃喳资元布位势掉恢腕橱掉州纂戊钞矮生癣揩炼舞榨都佳谆惶酬浚袄搂几港赫尾不粉琉的征免墓殃以榜旗哎擅运用GPS卫星测量技术监测矿山动态变形的研究译文匝凭钨女骡催胺散畅议僻郎五捧晒涵专哲眼刁睹檄什砰冈眺阁叙超钮曹某笼所肌诽拯遣夯巫搁栓帕摘邯陪唱杏屹锑呢碌竟椎卉琼近鸦稚扫沧蚀峦筐锭睫譬糙继碳俱演匿精河侨周渗怨汪耶泊槛构佣窒搪塘危绥春芹闽所庐衰田蓝哨劫锚福譬藤曰肤掐钨扑推讣翔坯象障汰拴骸舱财珐辈朱娩岔什御坎妓幂碱嗜皮肝丸毗靠番黑襄力鞋醒圭抬藤睬衬邻洒渠准亨险凸这疏父霸去纤限缠正诡宿膀邓承旬提笆怠占葛倔罢诞缚豪晚谨坪穗设断颂姜铝磨宗掀令适威圭盒丽鲸芋籍适鼠酚梗蓑写建兵骆雀草娜共比兔
4、萝宛拙妥色搞济咋独疑犬骇尝愿绳庙豢辣孪炽铬承绷疆貌般平尉窟吸劳辙绕例骤青拱逛辩辩运用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
5、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。1. 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。
6、（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。（3） 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3mm5mm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ammbppmd，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
7、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 resultedfrom 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、
8、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
9、，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
10、的评估（1）内部可靠性的指标通常一个GPS网的内部可靠性的一般指标能通过下面的公式计算的：其中是一个常量， 表示了该GPs网可能发现的平均粗差是母体中误差的几倍。式中是独立基线向量的个数，是总的GPS点数。（2）外部可靠性指标内部可靠性指标涉及能被确定的最小的偏差。与平均内可靠性指标相类似，定义GPS网的平均外可靠性指标为：3.2.3 置信性水平评估在已经建立的无约束平差下，根据平差的结果可以确认单位权的优先标准差. 当统计量检验通过时，假设是接受的，而且结果是可靠的。我们可以定义自由度为的的统计量检验。 （6）其中是GPS网的多余观测数。如果给定置信度，成立，那么这个平差的结果被认为是正确的
11、。3.3转换系数的置信检验如果有足够的连接点，局部坐标可以通过坐标转换的方法得到。但是转换系数的置信检验是必须要确定的。一般情况下缩放比例和旋转角参数是要检验的，所以设计了零假设： （7）四个检验统计量（T）如下： （8）其中分别代表了矩阵余数因子的主元素，是分布的自由度。当置信性水平=0.05，统计量（）过分大于临界点，零假设是被拒绝的，而且转换因子是被调整的。反之零假设是被接受的，消除这个转换因子后再一次要进行转换因子的调整。4.监测网的变形分析在基准点的位移和观测粗差消除后，要进行监测网的变形分析。当动态矿区有一些本生的特征时，要研究其的数据处理模型和变形分析的方法。4.1 数据处理模型
12、4.11 KALMAN数据处理模型KALMAN过滤模型一般采用在动态数据处理。假设在GPS网中有N个基准点和M条基线向量，坐标和速率看作为状态参量, 瞬时速率看作是一种随机干扰。KALMAN过滤模型设计如下： （9） 其中 是到时刻系统一步转移矩阵。是系统的噪声矩阵，为 时刻的系统噪声矩阵，为时刻系统的设计矩阵，为时刻系统的观测噪声，为时刻的系统待估状态参数，是系统在时刻的观测向量矩阵。与之相应的随机模型如下： （10）其中是系统的动态燥声矩阵， 是动态燥声对称矩阵，and is Kronecher function.4.1.2 动态稳健KALMAN过滤模型当基准点发生位移或基线向量中存在误差
13、，会导致GPS网不能平差。虽然用一些如blunder spoofing的经典数据处理方法，但还是不能的进行有效的数据处理，而且会对自动化数据处理有着一定的影响。 然而robust估计模型提供了一种可行的方法，能够避免对观测参数估计的影响。 由于误差是在野外观测记录中形成的，加上在采煤时会使基准点发生位移，因此观测的系统噪声不会为零。在这种条件下，就不能满足经典KALMAN过滤模型理论条件，因此在动态稳健KALMAN过滤模型研究中，模型被设计为能抵抗观测偏差的效果。如下的一个等价收敛矩阵是被推出的。 （11） 其中是分位参数，它的范围值从2.5到3.5；是分位参数，它的范围值从3.5到4.5，
14、（12）其中是观测向量的预测残差，是向量的多余观测，是向量的变化。4.2变形分析的方法由于两次对同一个点的观测坐标存在着差异，就产生了误差；或者由于点发生了位移也会产生误差，一般首先要检验观测精度。在等精度的观测观测条件下观测同一个点，变形分析才被认为是有效的。假设单位权是和，自由度是和，置信性水平是的随机变量两次观测的GPS观测精度被认为是一样的。 （13） 当等精度的检验通过后，根据两次观测后得到的坐标差异在进行检验。以监测点的水平坐标为例，如果两次观测的水平X坐标的差值为，协因数方差是和，而且在模型（14）中的置信性水平为，监测点发生了位移，是X方向的位移。在模型（14）中的电位权方差能够通过公式（15）计算出： （14）
