周 慶
在礦山的測量中時常應用到GPS、RTK 技術(shù),GPS、RTK 技術(shù)是礦山的測量技術(shù)中專業(yè)性比較強的。通過收集的礦山地理信息建立地質(zhì)信息的分析架構(gòu),在顯示器中以圖像的方式將地質(zhì)數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。方便工作人員對地質(zhì)情況進行了解,尤其對礦產(chǎn)資源勘查,十分有效。GPS 技術(shù)在建筑行業(yè)中應用的最廣泛,在礦山的測量的歷史應用時間較短。GPS 技術(shù)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息管理和空間的立體轉(zhuǎn)換。GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)聯(lián)合還可以提升礦山測量測圖的精度,與RTK 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。RTK 技術(shù)可以進行實時的地質(zhì)情況展示,因此RTK 技術(shù)又被稱為地質(zhì)情況實時分析技術(shù),RTK 技術(shù)是GPS 技術(shù)的升級版,主要應用于礦山測量點的確認,在測量的過程中可以滿足礦山數(shù)據(jù)收集的需求,RTK 技術(shù)有助于礦山測繪的定位和坐標,觀測點的坐標的定位快速、準確。還可以通過觀測點定位計算兩個觀測點之間的距離,從而實現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)的確認。而全站儀聯(lián)合測圖技術(shù)的主要設備為全站儀免棱鏡,在礦山的測量中,該設備可以實現(xiàn)精確測量,傳統(tǒng)中的礦山測量值使用上述技術(shù)中的一種方式,本文將三種技術(shù)結(jié)合在一起,應用在礦山測量中,提升礦山測量的效率,礦山測量是礦山建設的基礎(chǔ),是保證礦山安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)工作。礦山的發(fā)展、建設都離不開礦山測量工作,工作質(zhì)量也影響礦山安全生產(chǎn)的質(zhì)量,在新時代的礦山生產(chǎn)中,礦山測量為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。
GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)的結(jié)合使礦山測量放樣變得更加簡單,簡化了礦山測量的步驟。礦山的地質(zhì)構(gòu)造往往不同,大部分礦山尤其是金屬礦山的地質(zhì)環(huán)境都比較復雜,因此在進行礦山測量的時候,GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)的結(jié)合可以彌補GPS 技術(shù)在地質(zhì)復雜的地方靈活度低的缺點,且RTK 技術(shù)的設備耗電量大,在野外無法長時間使用,二者的結(jié)合解決了RTK 技術(shù)難以適應野外的缺陷。全站儀聯(lián)合測圖近距離監(jiān)測,可以保障測量數(shù)據(jù)的準確性。三種技術(shù)的結(jié)合是礦山測量技術(shù)彼此的延伸,結(jié)合后的測量方式對環(huán)境的適應力更強。在礦山的測圖放樣中,RTK 技術(shù)的應用十分廣泛?;诓煌臏y繪條件,首先進行測量方案的制定,并將三種技術(shù)都融入到觀測方案當中,使觀測方案變得更加合理。采用GPS 定位的方法建立工程控制網(wǎng),具有點位選擇限制少,作業(yè)時間短,成果精度高,所用費用低等優(yōu)點。應用GPS 技術(shù)建立控制網(wǎng),通常采用載波相位靜態(tài)差分技術(shù),以保證達到毫米級精度。GPS 技術(shù)確定放樣的控制點,全站儀聯(lián)合測圖可以確保放樣工作達到礦山測量的精確度,在放樣點的布置數(shù)量上,要根據(jù)礦山的面積決定,保證單位面積中具有3 個以上的放樣點,放樣點的參考站的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
放樣參考站的建設目的是為了給放樣地點進行精準的定位,因此在放樣期間需要保證基站24h 全天候工作,在GPS 進行觀測的時候進行不間斷工作。在基站的建設過程中,應將參考站建設在距離測量中心200m 之內(nèi)的位置,在進行礦區(qū)測量的時候,參考站的信號范圍可以覆蓋整個需要測量的地方。由于參考站的結(jié)構(gòu)復雜性,在進行參考站建設的時候應選擇在地基穩(wěn)定的地方進行建設,礦區(qū)中有很多地區(qū)隨著開采項目的推進可能出現(xiàn)不穩(wěn)固的現(xiàn)象,因此在建設之前一定要考察其中的穩(wěn)定性。尤其是室外設備的建設一定要在土體穩(wěn)定的地方。參考站在進行放樣的時候需要一定的空間進行布線,因此參考站外應有一片面積相當?shù)目盏?,以便能夠通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信將參考站中的數(shù)據(jù)傳輸出去。如圖1 所示,在參考站需要固定的電源作為整個參考站的供電系統(tǒng)。為整個礦山測量的設備進行供電。電池柜的電池應具備提供可靠的電源供應的作用。設備維護人員需要進場對基站中的設備進行維護,參考站也不能建設在交通不便利的地方。
以礦上的最大影響范圍為放樣點計算依據(jù),線放樣和點放樣兩種方式是現(xiàn)代化礦山放樣常用的兩種方式,線放樣因其測量的準確度高而被廣泛的應用在礦山的放樣中,而點放樣的應用則更適用于尾礦。RTK 技術(shù)的自動化程度比GPS 技術(shù)的自動化程度高,因此在放樣坐標上確實是利用RTK 技術(shù)進行確認。在測量系統(tǒng)中輸入放樣點,自動進行坐標匹配。全站儀在現(xiàn)場進行信號接收,并按照信號中的放樣位置進行流動放樣,全站儀的定位十分精確,可以降低偏差,三種技術(shù)結(jié)合的方式可以提升礦山放樣的技術(shù)水平。
礦山測量工作在露天礦產(chǎn)的開采中比其他種類的礦山要簡單,但在進行放樣之后,對礦山土石方的數(shù)量的計算就變成了難點,聯(lián)合測圖計算中對礦山土方量的計算可以作為預測礦山產(chǎn)量的依據(jù),直接影響礦山開采的經(jīng)濟效益,因此,在進行礦山土方量的計算的時候要提升計算的精度,利用RTK 技術(shù)提升礦山測量針對露天礦山計算中,土石方量估算的精度。單獨使用GPS定位技術(shù)還需要借助計算軟件進行估算,計算結(jié)果準確性難以保證,露天礦山土石方量的測繪中加入RTK 技術(shù)就可以將兩個步驟合二為一,使測繪的步驟得到簡化。GPS、RTK 技術(shù)相結(jié)合下測圖時進行參數(shù)計算,實質(zhì)是在計算坐標系的轉(zhuǎn)換參數(shù),所以其目的在于坐標系的轉(zhuǎn)換。因GPS 直接測定的是接收機在WGS-84 坐標系下的絕對坐標,
GPS 技術(shù)在進行坐標定位的時候,需要控制定位的距離來減少定位的誤差,但與RTK 技術(shù)進行結(jié)合之后系統(tǒng)在定位過程中距離的可移動限度被打破了,測量距離的定義是衛(wèi)星天線相位與信號接收機之間的距離。定位精度需要通過實現(xiàn)保證天線的相位中心在準確的位置來實現(xiàn),但相位中心是會隨著信號的方向不斷的變化的,因此在實際應用過程,要保證信號傳輸方向一致,且沒有太大的強弱差??刂坪眯盘柕膹娙醪罹湍軠p少偏差引起定位誤差,在進行測量過程中為了降低天線中相位中心變化,應保證系統(tǒng)定位時天線在幾何中心。指針指向北偏在角度允許的誤差范圍內(nèi)。我們通常要用到的是國家54 坐標或者工程獨立坐標,所以必須進行坐標系的轉(zhuǎn)換。利用GPS、RTK 與全站儀聯(lián)合測圖計算時,通過點校正計算到的坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)適用于當?shù)毓ぷ?,一般能達到厘米級的精度。而多種技術(shù)聯(lián)合測圖結(jié)合可以提升土方量計算的速度,而全站儀聯(lián)合測圖技術(shù)又提升了數(shù)據(jù)采集速度,全站儀的圖片如圖2 所示。
圖2 全站儀
圖3 礦山測量數(shù)據(jù)中心處理流程
在露天礦區(qū)土石方量測繪過程中應用RTK 技術(shù)與全站儀聯(lián)合測圖技術(shù),對數(shù)據(jù)樣本的要求也減少,只需采集一次數(shù)據(jù)樣本,接下來的數(shù)據(jù)會隨著實際采剝方量產(chǎn)生變化,隨著開采數(shù)據(jù)的變化而變化。地形變化之后,RTK 技術(shù)可以實時收集地質(zhì)變化信息,保證數(shù)據(jù)的準確性。
礦山測量數(shù)據(jù)中心對于現(xiàn)代化的礦山測量技術(shù)來說是非常重要的部分,數(shù)據(jù)處理是數(shù)據(jù)時代的礦山測量優(yōu)化升級的一部分。礦山測量數(shù)據(jù)中心的只要作用是完成對測量數(shù)據(jù)的計算和處理,并將歷年的數(shù)據(jù)存儲起來。數(shù)據(jù)處理中心通常建設在遠離礦山的室內(nèi),為了方便與礦山的信號的互通,采用ADSL 的方式將GPS、RTK 技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)進行傳輸。礦山中參考站采集的數(shù)據(jù)通過信號傳輸實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)連接。該數(shù)據(jù)中心為了保證可以連續(xù)不斷的接收信號,并及時的進行數(shù)據(jù)的儲存,ADSL 系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)需要具有可靠連續(xù)性。數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)處理需要采用兩臺計算機,計算機上安裝上GPSNet 軟件放置在不同的地方。這是為了保障數(shù)據(jù)中心的工作不會因為工作過程中出現(xiàn)故障導致停止。在數(shù)據(jù)處理的過程中一臺計算機出現(xiàn)故障,另一臺計算機立刻完成數(shù)據(jù)處理工作,給予技術(shù)人員修理故障的原因。礦山測量數(shù)據(jù)中心需要一臺用來接收GPS 信息的計算機,該計算機專門用于數(shù)據(jù)分發(fā)和確認數(shù)據(jù)采集的要求,礦山測量數(shù)據(jù)中心的工作流程如下圖所示。
通常需要測量的礦山的山體都很多,因此在進行測量的時候需要改變角度和增減測量的高度,數(shù)據(jù)采集的點的數(shù)量也應該隨著高程測量的變化點進行變化。可以利用全站儀滿足三角高程測量的要求,對多山體的礦山實現(xiàn)全方位的測量。通過測量偏差的實驗可以發(fā)現(xiàn),全站儀搭配GPS、RTK 技術(shù)可以在礦山測量中實現(xiàn)數(shù)據(jù)坐標差值在誤差的合理范圍內(nèi),實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高定位精度。數(shù)據(jù)的采集誤差還包括觀測的誤差,觀測誤差中最容易出現(xiàn)的就是對中誤差,全站儀在進行測量的時候利用的是天線接收信號。中誤差主要是由于天線發(fā)生傾斜產(chǎn)生的,在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)分析中可以看出中天線的高度超過1.5m 的時候就會開始產(chǎn)生誤差,影響數(shù)據(jù)采集的正確性,因此為了保證數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)準確性,全站儀的天線桿高應小于1m。
為了驗證本文設計的三種技術(shù)結(jié)合的測量方法的實用性,設計對比實驗,對比本文設計的測量方法與傳統(tǒng)的RTK 礦山測量法、CORS 系統(tǒng)礦山測量法相比哪種方式測量出的更精確。
進行測試實驗之前首先要對動態(tài)測量的數(shù)據(jù)采集設備進行選擇,根據(jù)礦山的實際情況采用Trimble3356 數(shù)據(jù)采集設備進行動態(tài)測量的數(shù)據(jù)采集。設置的采集方式為連續(xù)采集,數(shù)據(jù)記錄模式為實時記錄。對礦山地區(qū)的數(shù)據(jù)采集間隔為2s,保證電量充足和設備運行的穩(wěn)定性,對礦山進行測量。
使用上述三種技術(shù)結(jié)合的方式以及傳統(tǒng)方法對礦山進行測量,通過計算得出三種方法的測量精度偏差如表1 所示。
表1 實驗結(jié)果
實驗結(jié)果如表1 所示,與其他兩種傳統(tǒng)的測繪方法相比,本文設計的方法的測量平均誤差等都比兩種傳統(tǒng)的測繪方法小,說明本文設計的方法的測量精度更高。通過表格中的數(shù)據(jù)分析,本文設計的方法滿足觀測數(shù)據(jù)的合理誤差,且全站儀聯(lián)合測圖技術(shù)的應用提升了測量的精度。GPS 技術(shù)和RTK 技術(shù)的結(jié)合降低了衛(wèi)星對測量精度的影響,本文設計的方法具有優(yōu)越性。
本文將傳統(tǒng)的礦山測量中的常用技術(shù)結(jié)合在一起,彌補單項技術(shù)的缺陷,對技術(shù)的優(yōu)勢進行技術(shù)延伸。降低了復雜地形對測量精度的影響,希望在未來的研究中可以提升技術(shù)的兼容性,繼續(xù)提升礦山測量的精度。