礦山測量中GPS技術應用與優勢探索

劉建威

（淮安市測繪勘察研究院有限公司，江蘇 淮安 223000）

隨著社會進步與時代發展，人類活動離不開各種能源。礦產資源作為現今被開發最多、規模最大的能源，如何高效率地探索、開采成為行業內熱點問題之一。GPS技術的大規模應用使得這個問題迎刃而解，隨著GPS技術體系進一步的更新，礦產測量工程的效率也隨之提高。

1 GPS技術原理特點概述

1.1 GPS技術的工作原理

GPS統稱全球定位系統，由地面控制部分的地面監控系統、用戶接收設備的GPS信號接收機以及空間控制部分的GPS衛星星座三大硬件設備組成[1]。在GPS反應的整個環節又可以細分為三小部分：基準站、數據鏈、流動站。

（1）GPS的定位原理。常規情況下，大部分人類活動所用到的GPS技術稱為單點定位，精確度在100m范圍內。由于礦山測量需要極高的精準度與同步性，我國行業內目前采用的GPS技術稱為差分定位，精確度控制在10m以內而且在數據傳輸過程中不存在任何誤差。

（2）GPS導航原理。衛星根據經緯的變化采用物理計算目標加速度、行程等，同時通過設備的地圖預載環節，將數據鏈反映到相應設備的相同地圖上。實現GPS技術導航需要一塊定位模塊，利用四顆衛星定位一個點的基本原理，將得到的經緯度數據傳輸給相關電子設備。

（3）GPS測量原理。衛星發射衛星信號對目標進行監測，將數據傳達給相應設備進行計算，得出計算結果反映到互聯網外網。考慮到目標主體的環境安全因素與巖層水域對于衛星信號接收機的影響，在礦山測量等重要工程的大部分情況下，我國行業內采用更加精準的GPS-RTK技術，或者實地無人機三維傾斜攝影技術進行現場勘查。

1.2 GPS技術的優勢與劣勢

（1）GPS技術的優勢。全天候優勢：通過衛星信號的傳輸無視地球上天氣、地形、氣候等環境因素影響。高精度優勢：GPS采用實時相位差分界面，可以及時獲取無誤差的精準數據信息。減少輔助測量工作：GPS技術能夠一次性測量大范圍、多角度工作，避免了陸地上大型電子設備搬動現象；通過自動化控制可以避免人工無限制地浪費在記錄數據與監測上。

（2）GPS技術的劣勢。內存需求大：GPS采用實時數據更新技術，在儲存空間中切換地圖要求內置空間更高。封閉空間影響：當目標處于地下或封閉空間內，GPS無法通過衛星監測進行計算，甚至無法進行定位。高程異常值影響：在我國海拔度較高的地方，由于當地設備建設網的不足，接收機無法靈敏接收、轉化數據鏈，極其容易丟失固定的雙差值，從整體上降低了精準度。

2 GPS技術在礦山測量中的實踐應用

2.1 GPS控制網的應用

在對目標進行數據觀測與計算之前，運用GPS技術將目標設為T0梯度主體，采用邊緣相對誤差與邊緣相接方式對目標進行網狀測量控制，通過控制網格的疏密得出誤差系數，能有效保障測量目標的精確度與人工經濟節省。

2.2 埋石點坐標的狀況

埋石點等同于測量點坐標，在衛星對埋石點進行簡單的數據觀測時，利用GPS控制網的技術基礎，進行合理、靈活地選點坐標進行埋石，可以有效節省人力物力。

2.3 全天候監測工作

在搭建GPS技術控制網后，利用空間廣闊性特點精確定位埋石坐標，衛星可全天候無視天氣因素進行實時動態追蹤、觀測。工作人員可在室內或者相對適宜的環境中對數據鏈進行自擬定加密、分析、歸納。

2.4 礦產資源的平面尋找

由于金屬礦產磁場對于GPS的影響以及衛星無法觀測井下巖層，使得GPS技術無法確切、精準地構建地下礦產資源地形。通過這一特性結合地質學資料繪制高精度△T化極上延200m垂向二階導數等值平面圖，在GPS技術無法勘查或發生異常狀況下，該區域可能存在磁鐵礦蝕變帶，這對尋找磁鐵礦體等金屬礦體均有一定的積極意義。

3 GPS技術體系的進一步研究應用

3.1 無人機三維傾斜攝影技術的原理

結合GPS技術加載地圖信息以及聲像資料，使用外業采集、內業處理的方式合成最終結果。具體流程概述如外業采集分為多視角影象與POS數據，添入埋石控制點數據交由內業處理圖像的幾何校正，將數據鏈遞進區域網內聯合評差后，進行多視角影像匹配，再經過DSM生成合成三維建模，也有跳過三維建模進行真正射糾正步驟，最終得出DSM、DOM、TDOM、矢量數據、三維建模等3D數據庫成果。

3.2 無人機三維傾斜攝影技術的應用

通過無人機三維傾斜攝影技術，可以在相關電子設備上同步更新、實時追蹤礦山開采進度與礦山工程挖土方量的不同階段數據。固定翼無人機與傾斜攝影相機的設備拆卸結合，使得經濟成本大大降低。

3.3 GPS-RTK技術的應用

（1）GPS-RTK技術的原理。在GPS技術原理的支持下，衍生出RTK作業分支。其原理指在基準站上一臺接收機對應一臺或多臺流動站單頻接收機，通過同一時間、同一衛星發射信號，流動站接收機對基準站中轉、衛星發射兩種載波相位觀測值實時進行差分處理。

（2）GPS-RTK技術的應用。礦山地形測繪是礦山測量工程重要組成成分，但在開采礦山的過程中，測量圖紙往往難以實現圖紙本身的現實性原則。利用GPS-RTK技術，實時更新、追蹤工程進度，對確保當地生態環境不受到破壞具有重大意義。

4 結語

近年以來，通過GPS技術的應用，大大降低了我國礦山測量的難度。在我國進一步開發GPS技術體系的過程中，無人機航空遙感攝影技術與GPS-RTK技術被大力推廣。秉承GPS技術體系的優點，無人機航空遙感攝影技術與GPSRTK技術保持了同步實效性、定位精準性、觀測多角度、高效低耗性等諸多優點，為礦山工程的測量做出重大貢獻。