礦山測量中GPS技術(shù)應(yīng)用與優(yōu)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(jìn)步與時代發(fā)展，人類活動離不開各種能源。礦產(chǎn)資源作為現(xiàn)今被開發(fā)最多、規(guī)模最大的能源，如何高效率地探索、開采成為行業(yè)內(nèi)熱點問題之一。GPS技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用使得這個問題迎刃而解，隨著GPS技術(shù)體系進(jìn)一步的更新，礦產(chǎn)測量工程的效率也隨之提高。

1 GPS技術(shù)原理特點概述

1.1 GPS技術(shù)的工作原理

GPS統(tǒng)稱全球定位系統(tǒng)，由地面控制部分的地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收設(shè)備的GPS信號接收機(jī)以及空間控制部分的GPS衛(wèi)星星座三大硬件設(shè)備組成[1]。在GPS反應(yīng)的整個環(huán)節(jié)又可以細(xì)分為三小部分：基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈、流動站。

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

（2）GPS導(dǎo)航原理。衛(wèi)星根據(jù)經(jīng)緯的變化采用物理計算目標(biāo)加速度、行程等，同時通過設(shè)備的地圖預(yù)載環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)鏈反映到相應(yīng)設(shè)備的相同地圖上。實現(xiàn)GPS技術(shù)導(dǎo)航需要一塊定位模塊，利用四顆衛(wèi)星定位一個點的基本原理，將得到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)傳輸給相關(guān)電子設(shè)備。

（3）GPS測量原理。衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星信號對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，將數(shù)據(jù)傳達(dá)給相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行計算，得出計算結(jié)果反映到互聯(lián)網(wǎng)外網(wǎng)?？紤]到目標(biāo)主體的環(huán)境安全因素與巖層水域?qū)τ谛l(wèi)星信號接收機(jī)的影響，在礦山測量等重要工程的大部分情況下，我國行業(yè)內(nèi)采用更加精準(zhǔn)的GPS-RTK技術(shù)，或者實地?zé)o人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場勘查。

1.2 GPS技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢

（1）GPS技術(shù)的優(yōu)勢。全天候優(yōu)勢：通過衛(wèi)星信號的傳輸無視地球上天氣、地形、氣候等環(huán)境因素影響。高精度優(yōu)勢：GPS采用實時相位差分界面，可以及時獲取無誤差的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息。減少輔助測量工作：GPS技術(shù)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(shè)備搬動現(xiàn)象；通過自動化控制可以避免人工無限制地浪費在記錄數(shù)據(jù)與監(jiān)測上。

（2）GPS技術(shù)的劣勢。內(nèi)存需求大：GPS采用實時數(shù)據(jù)更新技術(shù)，在儲存空間中切換地圖要求內(nèi)置空間更高。封閉空間影響：當(dāng)目標(biāo)處于地下或封閉空間內(nèi)，GPS無法通過衛(wèi)星監(jiān)測進(jìn)行計算，甚至無法進(jìn)行定位。高程異常值影響：在我國海拔度較高的地方，由于當(dāng)?shù)卦O(shè)備建設(shè)網(wǎng)的不足，接收機(jī)無法靈敏接收、轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)鏈，極其容易丟失固定的雙差值，從整體上降低了精準(zhǔn)度。

2 GPS技術(shù)在礦山測量中的實踐應(yīng)用

2.1 GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用

在對目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測與計算之前，運用GPS技術(shù)將目標(biāo)設(shè)為T0梯度主體，采用邊緣相對誤差與邊緣相接方式對目標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)狀測量控制，通過控制網(wǎng)格的疏密得出誤差系數(shù)，能有效保障測量目標(biāo)的精確度與人工經(jīng)濟(jì)節(jié)省。

2.2 埋石點坐標(biāo)的狀況

埋石點等同于測量點坐標(biāo)，在衛(wèi)星對埋石點進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)觀測時，利用GPS控制網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)行合理、靈活地選點坐標(biāo)進(jìn)行埋石，可以有效節(jié)省人力物力。

2.3 全天候監(jiān)測工作

在搭建GPS技術(shù)控制網(wǎng)后，利用空間廣闊性特點精確定位埋石坐標(biāo)，衛(wèi)星可全天候無視天氣因素進(jìn)行實時動態(tài)追蹤、觀測。工作人員可在室內(nèi)或者相對適宜的環(huán)境中對數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行自擬定加密、分析、歸納。

2.4 礦產(chǎn)資源的平面尋找

由于金屬礦產(chǎn)磁場對于GPS的影響以及衛(wèi)星無法觀測井下巖層，使得GPS技術(shù)無法確切、精準(zhǔn)地構(gòu)建地下礦產(chǎn)資源地形。通過這一特性結(jié)合地質(zhì)學(xué)資料繪制高精度△T化極上延200m垂向二階導(dǎo)數(shù)等值平面圖，在GPS技術(shù)無法勘查或發(fā)生異常狀況下，該區(qū)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(shù)體系的進(jìn)一步研究應(yīng)用

3.1 無人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的原理

結(jié)合GPS技術(shù)加載地圖信息以及聲像資料，使用外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)處理的方式合成最終結(jié)果。具體流程概述如外業(yè)采集分為多視角影象與POS數(shù)據(jù)，添入埋石控制點數(shù)據(jù)交由內(nèi)業(yè)處理圖像的幾何校正，將數(shù)據(jù)鏈遞進(jìn)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)聯(lián)合評差后，進(jìn)行多視角影像匹配，再經(jīng)過DSM生成合成三維建模，也有跳過三維建模進(jìn)行真正射糾正步驟，最終得出DSM、DOM、TDOM、矢量數(shù)據(jù)、三維建模等3D數(shù)據(jù)庫成果。

3.2 無人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用

通過無人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)，可以在相關(guān)電子設(shè)備上同步更新、實時追蹤礦山開采進(jìn)度與礦山工程挖土方量的不同階段數(shù)據(jù)。固定翼無人機(jī)與傾斜攝影相機(jī)的設(shè)備拆卸結(jié)合，使得經(jīng)濟(jì)成本大大降低。

3.3 GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用

（1）GPS-RTK技術(shù)的原理。在GPS技術(shù)原理的支持下，衍生出RTK作業(yè)分支。其原理指在基準(zhǔn)站上一臺接收機(jī)對應(yīng)一臺或多臺流動站單頻接收機(jī)，通過同一時間、同一衛(wèi)星發(fā)射信號，流動站接收機(jī)對基準(zhǔn)站中轉(zhuǎn)、衛(wèi)星發(fā)射兩種載波相位觀測值實時進(jìn)行差分處理。

（2）GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)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(xiàn)圖紙本身的現(xiàn)實性原則。利用GPS-RTK技術(shù)，實時更新、追蹤工程進(jìn)度，對確保當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境不受到破壞具有重大意義。

4 結(jié)語

近年以來，通過GPS技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了我國礦山測量的難度。在我國進(jìn)一步開發(fā)GPS技術(shù)體系的過程中，無人機(jī)航空遙感攝影技術(shù)與GPS-RTK技術(shù)被大力推廣。秉承GPS技術(shù)體系的優(yōu)點，無人機(jī)航空遙感攝影技術(shù)與GPSRTK技術(shù)保持了同步實效性、定位精準(zhǔn)性、觀測多角度、高效低耗性等諸多優(yōu)點，為礦山工程的測量做出重大貢獻(xiàn)。