GPS技術在礦山控制網測量中的應用

山東省煤田地質局第二勘探隊 山東 濟寧 272000

引言

GPS技術具有測量精度高、受氣候環(huán)境影響小、測點布置方便以及實用性強等優(yōu)點，打破了傳統測量工藝的局限性，保證了礦山測量高效開展。為進一步提高GPS測量技術實際應用效果，必須掌握GPS測量原理，對GPS技術在礦山測量中存在的問題進行分析并采取有效應對措施。

1 GPS技術優(yōu)點

(1)儀器操作簡單。與傳統礦山測量技術相比，GPS測量技術中設備操作簡單，測量人員具有基本的測量技術即可完成GPS設備相關操作。(2)測點不受障礙物影響。GPS測量中測點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測量工作。(3)提高了礦山測量工作效率。GPS測量時一般只需三人即可完成，通過信號接收、傳輸、計算即可得出準確的測量數據，與傳統測量方法相比，縮短了測點布置、人工測量及計算時間。(4)測量精度高。礦山測量中采用的雙頻GPS接收機精度通常為5mm+1ppm，在長度為500km左右基線上測量精度可達到12×10-7m。(5)實時測量。GPS技術可實時測量，不受氣候、環(huán)境以及空間位置的限制。

2 GPS技術在礦山控制網測量中的應用

2.1 在礦山控制測量之前做好準備工作 收集礦山所在區(qū)域的地質資料，如地形測繪圖、接收點個數與位置以及通訊與氣象條件等資料，合理地進行GPS系統的布點。然后，建立GPS測量控制網，將網點的三維坐標連接為高精度測量控制網，使用三維無約束平差技術，使控制網貫穿前期測量與施工精度處理等環(huán)節(jié)，以達到需要測量的精度要求。例如，在進行GPS系統布點的過程中，需要遵守布點規(guī)范，如布點周圍土地平坦且空曠、遠離對接收機接收信號影響較大的區(qū)域或設施、盡量遠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位有利于測量設備的布置及測距信號的接收與發(fā)射。同時對點位周圍的障礙物進行嚴格的測量，保證其高度角不會影響GPS系統的正常運行。遠離影響信號較大的區(qū)域與設施可以保證信號接收效果，特別是對大功率發(fā)電源以及高壓線等設施來說，由于其對信號接收的影響較大，因此應當遠離此區(qū)域。而選取附近交通便利的點位可以為礦山控制測量提供操作空間，以便出現緊急情況時可以及時發(fā)現并解決。

2.2 GPS控制網選點 GPS控制網中首級控制網和加密點的選點應按照一定的規(guī)范要求執(zhí)行，通常應充分考慮以下幾個方面內容：①控制點與加密點的選點要符合規(guī)范要求，并且要充分考慮其他測量手段的配合使用，因此，所選點以能夠滿足其他測量手段的基本要求為準；②控制點與加密點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所選點位的周圍地勢較為開闊，可以滿足設備的安放和操作，此外，被測衛(wèi)星的地平高度角大于15°；④所選點位要原理具有大功率發(fā)射源區(qū)域，其距離應大于200m，也要原理輸電線路，其距離大于50m為宜；⑤在控制點和加密點周圍沒有強烈干擾衛(wèi)星信號的物體存在；⑥所選點位的交通以便利為基本原則，且不易被破壞。

2.3 GPS控制點埋石要求 GPS控制點和加密點是礦山建設、開采過程中經常使用的基準點，因此，在控制點埋設過程中以交通便利和不易破壞為基本原則。采用永久性測量標志進行標注，在埋石中心用不銹鋼材料制作清晰的十字線，為了便于保護防治破壞，埋石一般埋入地表以下30～50cm為宜。

2.4 GPS控制網施測 ①GPS點觀測方式：選擇經過檢驗的3臺中海達V30GNSSRTK接收機進行同步觀測，采用靜態(tài)測量模式。②GPS點觀測技術參數，按照規(guī)范《全球定位系統(GPS)測量規(guī)范(GBT18314-2009)》進行技術參數設置及允許范圍，符合規(guī)范要求。③觀測前編制了衛(wèi)星見性預報表，研究所要觀測點的最佳時間段，并制定了工作計劃。④出發(fā)前檢查了電池電量和接收機內存或磁盤容量是否充足。⑤天線基座嚴格對中置平；天線高測前、測后各量取一次，誤差≤3mm，取中數使用。⑥在觀測期間每一臺接收機有專人看管，防止震動、移動，防止人和物體靠近天線。⑦測量手簿按作業(yè)程序，由作業(yè)員認真逐項填寫，手簿記錄清晰、整潔。⑧在觀測期間，不在接收機旁邊使用對講機；雷雨過境時關機停測。⑨觀測中接收機工作正常，數據記錄正確，每日觀測結束后，均及時將數據轉存至計算機硬、軟盤上，確保觀測數據無丟失。

2.5 數據采集 (1)在礦山測量中GPS技術主要利用系統內部傳感器對各種電量信號、非電量信號進行采集，并及時將采集信息存儲在信息存儲器中，從而為后期數據分析、計算提供準確信息。(2)利用GPS技術對礦山測量進行數據采集時，在監(jiān)控設備區(qū)域安裝數據采集器，同時利用A/D轉換器對采集的電流信號源進行處理，轉換成數字信號。待所有信號轉換完成后再將數字信號發(fā)送至ARM7芯片內，最終通過以太網將數據發(fā)送至上位機，從而完成數據采集任務。

2.6 GPS數據處理 基線解算及檢核：本次基線解算采用中海達HGO數據后處理軟件進行處理，按照規(guī)范《全球定位系統(GPS)測量規(guī)范(GBT18314-2009)》進行解算，本次基線解算采用雙差相位觀測值進行基線解算，以雙差固定解作為最終結果，從以上基線質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，基線解算合格。

結語

綜上所述，本文以金屬礦山控制網測量工作為研究對象，講述了GPS技術在礦山控制網測量中的應用。通過實例可以得出，GPS技術與傳統的技術相比具有更高的測量精度、全天候、全方位，成本更低的優(yōu)勢，因此，在礦山測量中具有廣闊的應用前景