基于GPS/BDS组合的开采沉陷高精度快速监测关键技术研究

During the course of monitoring the surface displacement and deformation caused by mining, collecting and processing data are very frequently, and the Mine Surveying Regulations sets an strict demand on time and accuracy. Classical geodetic survey technology , GPS CORS technology, Measuring robot and 3D laser scanning technology,have their respective strengths,but neither of them can be used to resolve the key problems of fast-data collecting and data processing for subsidence monitoring. In order to resolve the above key problems for subsidence monitoring theoretically and technically,basing on our SSDM preliminary theory, considering the characteristics of mining subsidence monitoring,using the GPS/BDS combining observations,and establishing the error correction models and quality control standards, this project would lucubrate the arithmetic and implementation technique of fast-data collecting and data processing in single epoch.When the monitoring distance is less than 10km and the deformation deflectionsis within ±3mm～±6m,the resolution accuracy is required to reach ±2～3mm in horizontal component, and ±4～6mm in vertical component. When the observation session length is less than 2 minutes,the resolution speed is not more than 20 minutes for solving the data of 250 stations.The research results are advantageous to promote the application of BDS in other deformation monitoring fields.

在监测开采引起的地表移动变形过程中，数据采集和处理工作十分频繁，而《煤矿测量规程》对时间和精度均提出了严格的要求。经典大地测量技术、GPS CORS技术、测量机器人和三维激光扫描技术，虽有各自的优势，但均难以有效地解决沉陷监测中数据快速采集和高精度处理的瓶颈问题。 本课题在申请人建立的SSDM初步理论基础上，结合开采沉陷监测特点，采用GPS/BDS组合观测值，研究单历元、高精度（水平分量精度:±2～3mm，垂直分量精度:±4～6mm）、直接解算大范围变形量（±3mm～±6m）的快速数据采集（一个测点观测时间≤2分钟）和快速数据处理（250个测站的数据后处理时间≤20分钟）的算法和实现技术，并建立相应的误差改正模型和质量控制标准，从理论上和技术上解决开采沉陷监测中的瓶颈问题。本项目的研究成果，也有利于BDS在其它变形监测领域推广应用。

在监测开采引起的地表移动变形过程中，数据采集和处理工作十分频繁，而《煤矿测量规程》对时间和精度均提出了严格的要求。经典大地测量技术、GPS CORS技术、测量机器人和三维激光扫描技术，虽有各自的优势，但均难以有效地解决沉陷监测中数据快速采集和高精度处理的瓶颈问题。本课题结合开采沉陷监测特点，采用GPS/BDS组合系统，从以下方面研究大范围变形量的高精度、快速数据处理的算法和实现技术：. ①在已有SSDM初步理论的基础上，结合开采沉陷监测特点，分析采用GPS/BDS组合观测值进行变形监测的基本原理，建立本课题的基本数学模型和算法，并开发验证软件。 . ②在分析GPS/BDS测量误差对解算的变形量影响程度的基础上，根据矿山开采沉陷监测的精度要求和试验结果，研究对GPS/BDS测量的主要误差来源（如天线相位中心偏差、接收机钟差、多路径效应、大气延迟等）进行改正的数学模型和算法，并对验证软件进行完善。 . ③研究提高单历元解算的变形量的精度、可靠性和稳定性的方法和措施。. 本项目建立了基于北斗三频约束的BDS/GPS 系统融合短基线模糊度单历元快速解算关键算法，利用高原地带大变形量试验场地的大变形量，解算的变形量平面精度约±2～±4mm,高程精度约±3～±6mm，达到预期的精度要求。研发了“变形监测高精度快速数据处理与分析软件”，实现了可适于动静态监测、数据处理与分析功能齐全、结果运行正确、高度集成和综合的矿山开采沉陷监测自动化处理分析平台，提高了对矿区开采引起的地表移动变形进行高效管理和监控的技术水平。成功实现了连续运行监测站和实时数据采集终端系统高精度、快速定位目标，为项目成果推广应用到自动化监测方面提供了基础。. 本项目实施过程，共发表论文35篇，出版专著2部、相关教材2部，获省部级科研奖励5项、发明专利5项、软件著作权4项，培养硕士研究生30人、博士研究生5人，超额完成了预定的任务。