探析GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用

程偉鵬 陳忠杰

（陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 榆林 719300 ）

探析GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用

程偉鵬 陳忠杰

（陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 榆林 719300 ）

GPS即全球定位系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)，它最初建立并發(fā)展起來(lái)其實(shí)是為了軍用領(lǐng)域，隨著社會(huì)的發(fā)展，在近幾十年里，GPS開(kāi)始廣泛地應(yīng)用到了民用領(lǐng)域。它的特點(diǎn)是24顆衛(wèi)星組成的能夠?qū)θ蚪^大多數(shù)地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，其能夠?qū)Φ厍蛏厦恳粋€(gè)地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)標(biāo)示并且這種定位和標(biāo)示的精度高、時(shí)間短等等。因?yàn)樗倪@種特性，GPS技術(shù)在當(dāng)代被廣泛地應(yīng)用到各種工程地質(zhì)的測(cè)量工作當(dāng)中。煤礦的測(cè)量工作關(guān)系到整個(gè)煤礦的開(kāi)采和礦區(qū)的安全，因此要把GPS全球定位系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦測(cè)量的工作中，提高測(cè)量的精確度，保證礦區(qū)安全，提高煤礦企業(yè)的效益。本文主要分析探討了GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用。

全球定位系統(tǒng)；煤礦測(cè)量；新應(yīng)用。

盡管近些年來(lái)，很多新興的能源已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的煤炭走入人們的生活當(dāng)中，但是煤炭仍讓在發(fā)電、工業(yè)等等領(lǐng)域發(fā)揮著無(wú)可取代的作用。對(duì)于當(dāng)前越來(lái)越多的煤炭需求量，越來(lái)越多的煤礦也建立起來(lái)。對(duì)于煤礦來(lái)說(shuō)，最為重要的就是測(cè)量工作，測(cè)量工作的精確與否直接影響著后期開(kāi)采的效率和安全問(wèn)題，是整個(gè)煤炭行業(yè)能夠保證可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力和保障。GPS技術(shù)對(duì)于工程測(cè)量具有十分重要的作用，它不僅能夠?qū)⑷斯膹?fù)雜的測(cè)量工作中解放出來(lái)，還能夠檢測(cè)到很多人力無(wú)法測(cè)量的區(qū)域，是現(xiàn)代煤礦測(cè)量中被廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)。

一、GPS技術(shù)

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。最初的GPS技術(shù)嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)其實(shí)是應(yīng)用到軍用領(lǐng)域的，它起源于二戰(zhàn)結(jié)束后的美國(guó)，在1958年-1964年短短6年的時(shí)間里，GPS開(kāi)始研發(fā)并且投入使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

GPS就是利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。運(yùn)用GPS測(cè)量可以實(shí)時(shí)、精確的取得地質(zhì)管理的基本數(shù)據(jù)。GPS測(cè)量雖然有很多優(yōu)越性，但在實(shí)際的地質(zhì)測(cè)繪中還是出現(xiàn)了很多不足。GPS系統(tǒng)能夠精確定位是因?yàn)槟軐?duì)衛(wèi)星和接收器之間的距離進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，在地質(zhì)測(cè)繪中，信號(hào)要通過(guò)地質(zhì)層，地質(zhì)層不是真空狀態(tài)，信號(hào)就會(huì)受到干擾，進(jìn)而影響定位的精確度。在地質(zhì)測(cè)繪的工程測(cè)量控制點(diǎn)上，受到地質(zhì)坐標(biāo)的影響GPS測(cè)量的精確度也會(huì)出現(xiàn)誤差。

二、GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用

（一）GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用的重要性

我國(guó)當(dāng)前的基礎(chǔ)能源仍然是煤炭，煤礦企業(yè)仍然是我國(guó)當(dāng)前的基礎(chǔ)能源企業(yè)。煤礦企業(yè)的安全與我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是息息相關(guān)的。而煤礦的測(cè)量工作則是煤礦安全生產(chǎn)的必要保障。煤礦測(cè)量包括的內(nèi)容很多，包括礦井聯(lián)系測(cè)量、礦塊施工和采場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)量、井下控制測(cè)量、礦區(qū)路線測(cè)量、采剝工程測(cè)量、礦山移動(dòng)的觀測(cè)測(cè)量等。傳統(tǒng)的煤礦測(cè)量依賴于人工測(cè)量，工具和測(cè)量方法都非常落后，在這種情況下測(cè)量出的結(jié)果根本無(wú)法保證精度。并且測(cè)量工作往往需要大量的人工，對(duì)人力資源是極大的浪費(fèi)。用傳統(tǒng)的測(cè)量方法和測(cè)量工具不僅需要很多工作人員來(lái)操作，還需要有嚴(yán)格的測(cè)點(diǎn)，需要多部門(mén)的配合，這就降低了煤礦測(cè)量的精確度和測(cè)量效率。

GPS全球定位系統(tǒng)具有能提供全球統(tǒng)一的地心坐標(biāo)、定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、測(cè)站之間無(wú)需通視等特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用到包括煤礦測(cè)量的各種工程地質(zhì)的測(cè)量當(dāng)中。利用GPS全球定位系統(tǒng)，可以減少人力；煤礦各個(gè)測(cè)量站之間可以通視，節(jié)省了觀測(cè)所要測(cè)量地形、地貌的時(shí)間；GPS全球定位系統(tǒng)定位精度高，提高了煤礦測(cè)量的精確度。總的來(lái)說(shuō)，利用GPS全球定位系統(tǒng)可以有效的節(jié)約煤礦測(cè)量工程的時(shí)間，節(jié)省煤礦測(cè)量所用的人力成本和經(jīng)濟(jì)資源，提高煤礦測(cè)量的工作效率。

（二）GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的具體應(yīng)用

1利用GPS全球定位系統(tǒng)布設(shè)煤礦近井控制網(wǎng)

煤礦井筒是礦井中煤礦主要的運(yùn)輸渠道，因此對(duì)于井筒精確度的要求要高于其他的巷道貫通工程。為了確保新建礦區(qū)主副斜井的精確貫通，需要利用GPS全球定位系統(tǒng)在新建礦區(qū)地表上建立地面近井控制網(wǎng)。要嚴(yán)格的按照GPS全球定位系統(tǒng)的相關(guān)操作規(guī)范對(duì)煤礦井筒進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和井筒位置建網(wǎng)的方案，然后根據(jù)建網(wǎng)方案完成布設(shè)煤礦近井控制網(wǎng)。

2設(shè)計(jì)煤礦測(cè)量區(qū)的GPS控制網(wǎng)

GPS控制網(wǎng)適合以邊連接為主，并以點(diǎn)連接相輔助，這樣的話既能夠最大程度地減少工作量，又可以達(dá)到多榆核的目的。GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)一般選用3個(gè)約束點(diǎn)的近似長(zhǎng)方形帶狀的煤礦區(qū)，其中，兩個(gè)約束點(diǎn)應(yīng)該分布在帶狀煤礦區(qū)的兩側(cè)，一個(gè)約束點(diǎn)位于測(cè)量礦區(qū)的中心。這樣的設(shè)計(jì)的網(wǎng)型有利于較準(zhǔn)確地推算出煤礦測(cè)量區(qū)的坐標(biāo)換算參數(shù)，也有利于以后煤礦區(qū)控制網(wǎng)的擴(kuò)展和連接。

3運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)選擇測(cè)量地點(diǎn)并進(jìn)行埋石

嚴(yán)格的按照《全球GPS定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》來(lái)選擇GPS控制點(diǎn)。首先所選控制點(diǎn)要便于安裝、操作接受設(shè)備。其次控制點(diǎn)還必須是開(kāi)闊的地方，以方便 GPS全球定位系統(tǒng)工作，該控制點(diǎn)一般選擇在被測(cè)衛(wèi)星高度角大于15°的地方。第三，要保證煤礦測(cè)點(diǎn)與無(wú)線電發(fā)射源之間的距離大于400m。第四，選擇GPS控制點(diǎn)的時(shí)候要避免大面積的水域或者其他的干擾衛(wèi)星信號(hào)接受的物體。

利用GPS全球定位系統(tǒng)選擇測(cè)量地點(diǎn)之后要進(jìn)行埋石。在采礦勘探規(guī)劃設(shè)計(jì)中，三角點(diǎn)的標(biāo)石一般是用混凝土摻入石料灌制而成，標(biāo)石的灌注過(guò)程就是埋石。首先要選擇適合埋石的混凝土材料，然后按照地面測(cè)點(diǎn)的相關(guān)規(guī)格，使用規(guī)范的模具在地面的測(cè)量點(diǎn)上進(jìn)行澆筑；在澆筑的過(guò)程中需要使用特定的鋼釘對(duì)其進(jìn)行加固。最后在混凝土筑成的水泥板頂部鑿上原點(diǎn)作為標(biāo)石的標(biāo)記，完成埋石工作。

4利用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)和采集

要嚴(yán)格的按照數(shù)據(jù)接受器的相關(guān)操作規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)操作，當(dāng)接收器完成記錄之后，需要專門(mén)的觀測(cè)員認(rèn)真核對(duì)接收衛(wèi)星的數(shù)量、定位結(jié)果的信息，并及時(shí)的填寫(xiě)好各種測(cè)量項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集就是通過(guò)GPS全球定位系統(tǒng)中的傳感器和其它待測(cè)設(shè)備，自動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào),并送到上位機(jī)中進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。在利用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于被監(jiān)控的設(shè)備處，通過(guò)傳感器對(duì)設(shè)備的電壓或者電流信號(hào)進(jìn)行采樣、保持，并送入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，然后將該信號(hào)送到FIFO中。當(dāng)FIFO中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時(shí)，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過(guò)ARM7的以太網(wǎng)接口或者RS232送給上位機(jī)，之后經(jīng)過(guò)上位機(jī)進(jìn)行分析和處理，得出測(cè)量采集的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語(yǔ)

GPS也就是全球定位系統(tǒng)因?yàn)槠涠ㄎ痪珳?zhǔn)、定位迅速等等特點(diǎn)成為了當(dāng)今工程測(cè)量領(lǐng)域的新寵，特別是在煤礦測(cè)量中，處于工程效率和人身安全的考慮，需要更為精確、更為科學(xué)的測(cè)量。當(dāng)前我國(guó)的民生領(lǐng)域已經(jīng)基本上脫離了煤炭，開(kāi)始使用各種替代性的能源，但是在工業(yè)領(lǐng)域，煤炭在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間之內(nèi)將還會(huì)是主要能源，為了保證煤礦的安全，必須要進(jìn)行精確的測(cè)量工作，提升煤礦企業(yè)的效益。當(dāng)前GPS對(duì)于煤礦測(cè)量的應(yīng)用也僅僅是很簡(jiǎn)單的應(yīng)用，在未來(lái)應(yīng)當(dāng)更加充分地應(yīng)用該技術(shù)，推動(dòng)整個(gè)煤礦測(cè)量乃至煤炭行業(yè)的向前發(fā)展。

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1007-6344（2015）08-0151-01