GPS技術(shù)在礦山控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì) 山東 濟(jì)寧 272000

引言

GPS技術(shù)具有測(cè)量精度高、受氣候環(huán)境影響小、測(cè)點(diǎn)布置方便以及實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，打破了傳統(tǒng)測(cè)量工藝的局限性，保證了礦山測(cè)量高效開展。為進(jìn)一步提高GPS測(cè)量技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果，必須掌握GPS測(cè)量原理，對(duì)GPS技術(shù)在礦山測(cè)量中存在的問題進(jìn)行分析并采取有效應(yīng)對(duì)措施。

1 GPS技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)儀器操作簡(jiǎn)單。與傳統(tǒng)礦山測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量技術(shù)中設(shè)備操作簡(jiǎn)單，測(cè)量人員具有基本的測(cè)量技術(shù)即可完成GPS設(shè)備相關(guān)操作。(2)測(cè)點(diǎn)不受障礙物影響。GPS測(cè)量中測(cè)點(diǎn)位置選擇不需要考慮地面障礙物影響，在無需通視的情況下即可完成各項(xiàng)測(cè)量工作。(3)提高了礦山測(cè)量工作效率。GPS測(cè)量時(shí)一般只需三人即可完成，通過信號(hào)接收、傳輸、計(jì)算即可得出準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，縮短了測(cè)點(diǎn)布置、人工測(cè)量及計(jì)算時(shí)間。(4)測(cè)量精度高。礦山測(cè)量中采用的雙頻GPS接收機(jī)精度通常為5mm+1ppm，在長度為500km左右基線上測(cè)量精度可達(dá)到12×10-7m。(5)實(shí)時(shí)測(cè)量。GPS技術(shù)可實(shí)時(shí)測(cè)量，不受氣候、環(huán)境以及空間位置的限制。

2 GPS技術(shù)在礦山控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 在礦山控制測(cè)量之前做好準(zhǔn)備工作 收集礦山所在區(qū)域的地質(zhì)資料，如地形測(cè)繪圖、接收點(diǎn)個(gè)數(shù)與位置以及通訊與氣象條件等資料，合理地進(jìn)行GPS系統(tǒng)的布點(diǎn)。然后，建立GPS測(cè)量控制網(wǎng)，將網(wǎng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)連接為高精度測(cè)量控制網(wǎng)，使用三維無約束平差技術(shù)，使控制網(wǎng)貫穿前期測(cè)量與施工精度處理等環(huán)節(jié)，以達(dá)到需要測(cè)量的精度要求。例如，在進(jìn)行GPS系統(tǒng)布點(diǎn)的過程中，需要遵守布點(diǎn)規(guī)范，如布點(diǎn)周圍土地平坦且空曠、遠(yuǎn)離對(duì)接收機(jī)接收信號(hào)影響較大的區(qū)域或設(shè)施、盡量遠(yuǎn)離面積較大的水域以及交通通訊較為便利等規(guī)范。其中，選取周邊土地平坦且空曠的點(diǎn)位有利于測(cè)量設(shè)備的布置及測(cè)距信號(hào)的接收與發(fā)射。同時(shí)對(duì)點(diǎn)位周圍的障礙物進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量，保證其高度角不會(huì)影響GPS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。遠(yuǎn)離影響信號(hào)較大的區(qū)域與設(shè)施可以保證信號(hào)接收效果，特別是對(duì)大功率發(fā)電源以及高壓線等設(shè)施來說，由于其對(duì)信號(hào)接收的影響較大，因此應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離此區(qū)域。而選取附近交通便利的點(diǎn)位可以為礦山控制測(cè)量提供操作空間，以便出現(xiàn)緊急情況時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決。

2.2 GPS控制網(wǎng)選點(diǎn) GPS控制網(wǎng)中首級(jí)控制網(wǎng)和加密點(diǎn)的選點(diǎn)應(yīng)按照一定的規(guī)范要求執(zhí)行，通常應(yīng)充分考慮以下幾個(gè)方面內(nèi)容：①控制點(diǎn)與加密點(diǎn)的選點(diǎn)要符合規(guī)范要求，并且要充分考慮其他測(cè)量手段的配合使用，因此，所選點(diǎn)以能夠滿足其他測(cè)量手段的基本要求為準(zhǔn)；②控制點(diǎn)與加密點(diǎn)的選擇要考慮礦山的整體狀況，利于礦山安全工作，能夠長期保存；③所選點(diǎn)位的周圍地勢(shì)較為開闊，可以滿足設(shè)備的安放和操作，此外，被測(cè)衛(wèi)星的地平高度角大于15°；④所選點(diǎn)位要原理具有大功率發(fā)射源區(qū)域，其距離應(yīng)大于200m，也要原理輸電線路，其距離大于50m為宜；⑤在控制點(diǎn)和加密點(diǎn)周圍沒有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)的物體存在；⑥所選點(diǎn)位的交通以便利為基本原則，且不易被破壞。

2.3 GPS控制點(diǎn)埋石要求 GPS控制點(diǎn)和加密點(diǎn)是礦山建設(shè)、開采過程中經(jīng)常使用的基準(zhǔn)點(diǎn)，因此，在控制點(diǎn)埋設(shè)過程中以交通便利和不易破壞為基本原則。采用永久性測(cè)量標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)注，在埋石中心用不銹鋼材料制作清晰的十字線，為了便于保護(hù)防治破壞，埋石一般埋入地表以下30～50cm為宜。

2.4 GPS控制網(wǎng)施測(cè) ①GPS點(diǎn)觀測(cè)方式：選擇經(jīng)過檢驗(yàn)的3臺(tái)中海達(dá)V30GNSSRTK接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，采用靜態(tài)測(cè)量模式。②GPS點(diǎn)觀測(cè)技術(shù)參數(shù)，按照規(guī)范《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范(GBT18314-2009)》進(jìn)行技術(shù)參數(shù)設(shè)置及允許范圍，符合規(guī)范要求。③觀測(cè)前編制了衛(wèi)星見性預(yù)報(bào)表，研究所要觀測(cè)點(diǎn)的最佳時(shí)間段，并制定了工作計(jì)劃。④出發(fā)前檢查了電池電量和接收機(jī)內(nèi)存或磁盤容量是否充足。⑤天線基座嚴(yán)格對(duì)中置平；天線高測(cè)前、測(cè)后各量取一次，誤差≤3mm，取中數(shù)使用。⑥在觀測(cè)期間每一臺(tái)接收機(jī)有專人看管，防止震動(dòng)、移動(dòng)，防止人和物體靠近天線。⑦測(cè)量手簿按作業(yè)程序，由作業(yè)員認(rèn)真逐項(xiàng)填寫，手簿記錄清晰、整潔。⑧在觀測(cè)期間，不在接收機(jī)旁邊使用對(duì)講機(jī)；雷雨過境時(shí)關(guān)機(jī)停測(cè)。⑨觀測(cè)中接收機(jī)工作正常，數(shù)據(jù)記錄正確，每日觀測(cè)結(jié)束后，均及時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計(jì)算機(jī)硬、軟盤上，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)無丟失。

2.5 數(shù)據(jù)采集 (1)在礦山測(cè)量中GPS技術(shù)主要利用系統(tǒng)內(nèi)部傳感器對(duì)各種電量信號(hào)、非電量信號(hào)進(jìn)行采集，并及時(shí)將采集信息存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)器中，從而為后期數(shù)據(jù)分析、計(jì)算提供準(zhǔn)確信息。(2)利用GPS技術(shù)對(duì)礦山測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，在監(jiān)控設(shè)備區(qū)域安裝數(shù)據(jù)采集器，同時(shí)利用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)采集的電流信號(hào)源進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。待所有信號(hào)轉(zhuǎn)換完成后再將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至ARM7芯片內(nèi)，最終通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)，從而完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

2.6 GPS數(shù)據(jù)處理 基線解算及檢核：本次基線解算采用中海達(dá)HGO數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行處理，按照規(guī)范《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范(GBT18314-2009)》進(jìn)行解算，本次基線解算采用雙差相位觀測(cè)值進(jìn)行基線解算，以雙差固定解作為最終結(jié)果，從以上基線質(zhì)量檢查表中可以看出，各基線分量限差均在總限差誤差范圍內(nèi)，基線解算合格。

結(jié)語

綜上所述，本文以金屬礦山控制網(wǎng)測(cè)量工作為研究對(duì)象，講述了GPS技術(shù)在礦山控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用。通過實(shí)例可以得出，GPS技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比具有更高的測(cè)量精度、全天候、全方位，成本更低的優(yōu)勢(shì)，因此，在礦山測(cè)量中具有廣闊的應(yīng)用前景