探析GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用

胡雙虎

（中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)三道溝煤礦，陜西 榆林 719407）

一、GPS技術(shù)

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。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(chēng)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(hù)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

煤礦企業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)能源企業(yè)，煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)與我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。煤礦測(cè)量主要包括礦井聯(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。煤礦測(cè)量工作是一項(xiàng)重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，關(guān)系到整個(gè)煤礦的開(kāi)采和礦區(qū)的安全。在傳統(tǒng)的煤礦測(cè)量工作中，測(cè)量方法和測(cè)量工具都比較落后，測(cè)量效率低、精確度也不高，所需工作人員比較多，測(cè)量程序比較復(fù)雜。例如在對(duì)礦區(qū)的地形圖測(cè)量的時(shí)候，常常采用小平板、電子手簿、外業(yè)電子平板、全站儀等側(cè)圖軟件來(lái)測(cè)圖，在運(yùn)用這些方法之前，要確定各個(gè)測(cè)量點(diǎn)是通視的，保證測(cè)量人員在測(cè)站上測(cè)量周?chē)匦蔚孛驳臅r(shí)候，都能夠看到彼此。用這樣的測(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?？偟膩?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)宜以邊連接為主，并以點(diǎn)連接相輔助，這樣的話既可以減少工作量，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(zhuān)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(zhuān)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(hù)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)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GPS也就是全球定位系統(tǒng)，它是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而興起的一種新的精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。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)用到各種工程地質(zhì)的測(cè)量當(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。

[1]翁宜軍.淺談GPS技術(shù)在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）.2011,（36）.

[2]陳紅玲.GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技.2011,（04）:25-26.

[3]萬(wàn)榮生GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技致富向?qū)?2011,（06）:391.

[4]胡德應(yīng).GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用[J].科學(xué)與財(cái)富.2014,（03）:36.