GPS在礦山測量中的工作原理及應用分析

鄧子波

（玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦采掘一工區(qū)，云南 玉溪 653405）

常規(guī)測量和工程控制測量使用的是三角測量法，這需要很長時間，并且精度分布不均勻，因此對現(xiàn)場測量的精度并不準確。有了GPS，我們可以實時地檢測到定位精度，如果該點的精度是所需的，則可以快速掌握所需點的坐標值。調(diào)查項目的第一步是確定已知要點和決策，GPS測量很容易比較三點之間的坐標差，通過坐標差來比較角度和距離，以檢查核原點。

從以前的測量點中至少選擇三個已知的控制點，以確保這些點的可靠性，如果使用GPS進行測量，可以確定起點并檢查現(xiàn)有相關(guān)點的可靠性，它可以在GPS坐標系（具有現(xiàn)場坐標轉(zhuǎn)換功能的GPS設備）之間建立重要的GPS設備連接。傳統(tǒng)的礦山測量需要多次推遲測站，工作流程復雜，適應性低，但GPS可用于快速動態(tài)初始化，實時計算系統(tǒng)坐標，直接記錄和存儲，無需單獨顯示和接觸即可獲得快速準確的測量結(jié)果，同時GPS操作的特點是精度高，效率高，不受人為因素的影響。

1 GPS的工作原理

GPS技術(shù)發(fā)展及概述。

全球定位系統(tǒng)具有全球性、實時連續(xù)導航定位系統(tǒng)的特點，使用戶能夠準確定位三維坐標。隨著制度的不斷完善，該制度已經(jīng)完全民事化，并在生產(chǎn)生活中發(fā)揮了作用。以下簡要介紹其工作原理：

（1）在實踐中，GPS發(fā)展了多種應用模式，以滿足各種方法的需要。為此，包括靜態(tài)、實時快速原型等多種形式的工作。實時快速成形的主要優(yōu)點是效率高和精度高，它被廣泛用于土木工程，由于實時快速成形的優(yōu)點突出，在數(shù)據(jù)采集和工程放樣中得到了廣泛的應用。

（2）GPS系統(tǒng)的工作原理。目前，GPS系統(tǒng)主要采用差分技術(shù)改進的系統(tǒng)。差分定位使用多個接收設備，其中一個接收衛(wèi)星信號，具有已知坐標的參考站放置在固定坐標上，其他的被用作移動站來確定定位標準的位置。其工作原理是根據(jù)校正點的精確衛(wèi)星坐標和校正值的衛(wèi)星距離，將校正數(shù)據(jù)發(fā)送給各移動臺，移動臺接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)自身的具體變化確定自己的定位。在實時RTK技術(shù)中，利用載波相位差對各觀測站的波相數(shù)據(jù)產(chǎn)生的負載進行實時處理，并采用差分法進行計算。在實際測量中，定位需要接收參考站，機器將實時觀測數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)實時發(fā)送到移動臺，并且移動臺可以快速解析所需的數(shù)據(jù)。通過衛(wèi)星觀測實時計算厘米級的動態(tài)位移數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的測量方法相比，GPS技術(shù)借助計算機技術(shù)，該操作消除了視情、能見度、季節(jié)性等因素的影響，提高了觀測精度。

2 GPS測量技術(shù)的特點

動態(tài)實時定位的實現(xiàn)是GPS測量技術(shù)的新突破，與傳統(tǒng)的動態(tài)測量技術(shù)相比，動態(tài)GPS實時測量具有以下特性：

（1）利用衛(wèi)星作為媒介解決視覺問題，使觀測站獲得必要的能見度。同時，它在測點和測站的選擇上具有很大的靈活性，可以解決大規(guī)模測量中的能見度問題。

（2）觀測精度高，數(shù)據(jù)準確可靠。傳統(tǒng)RTK技術(shù)可以達到精度10mm，靜態(tài)觀測精度可以達到5mm，提高了數(shù)據(jù)傳輸和處理的安全性和可靠性。

3 GPS在礦山測量中的應用分析

3.1 GPS技術(shù)在礦山測繪地理信息系統(tǒng)中的應用

GPS技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中占有重要地位，系統(tǒng)可以顯示地理分布環(huán)境，測量、收集和管理礦山信息，以表示數(shù)據(jù)和應用程序，CPS技術(shù)可以利用其全天候、時效性這一點的特點，推動礦山地理信息系統(tǒng)更有效地實現(xiàn)礦山調(diào)查的四維時空動態(tài)，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集和分析的及時性，提高礦山調(diào)查的準確性。

傳統(tǒng)測量方法建立或延伸的礦區(qū)往往受到地形的影響，主要結(jié)果是水準測量不能傳遞高程或水準網(wǎng)的精度，不能滿足采礦控制網(wǎng)的精度要求。GPS技術(shù)的使用可以消除礦山地形的限制和影響，提高礦山測量的準確性，并達到測量標準。GPS技術(shù)是一系列動態(tài)實時定位技術(shù)，它不僅具有動態(tài)實時定位技術(shù)的特點，而且與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，具有較高的測量效率，并且實時動態(tài)定位技術(shù)具有相應的測量數(shù)據(jù)精度，比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度較高。有關(guān)更多信息，請參見表1。

3.2 GPS-RTK在礦山工程勘察中的應用

（1）地形測量的現(xiàn)狀。在傳統(tǒng)的計量學中，必須繪制控制點并進行標記，以記錄測量點。測量科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，可以實現(xiàn)地物分類代碼，電子手冊和全站儀的緊密配合，創(chuàng)新測量點的記錄方式。GPS-RTK在科學技術(shù)的實際應用中涵蓋了廣泛的范圍，并且一個測量點可以滿足半徑為10km的操作和標準測量的要求，設備控制點的重復安裝和轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)可忽略不計，可提高測量精度。

（2）土方測量。土方測量，借助科學技術(shù)，GPS-RTK驗收測量作業(yè)可在2秒～4秒內(nèi)完成，在一定程度上，實際精度約為3cm，地圖軟件、信息集成后，可形成數(shù)據(jù)鏈，數(shù)據(jù)輸入和復制的環(huán)節(jié)可忽略不計，可供使用映射數(shù)字化。在測量過程中，以最少的人填寫、繪制、采集破損部位點，完成數(shù)據(jù)的采集和高效更新。系統(tǒng)可建立單個基站，借助GPSRTK技術(shù)實現(xiàn)實時測量作業(yè)，并可實現(xiàn)地面和工作臺的連續(xù)動態(tài)測量作業(yè)。動態(tài)觀測礦區(qū)地表高程和水平位置，并與相鄰數(shù)據(jù)進行對比，得到沉降位移的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，部分礦區(qū)實測周期大，預設變形觀測點和基準點，保證測量精度，完全符合地面測量標準。與傳統(tǒng)的觀測手段相比，借助GPS-RTK技術(shù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)采集可以逐步轉(zhuǎn)化為實時動態(tài)監(jiān)測和實際運行結(jié)果，精度大大提高，對礦區(qū)地表分析十分有利。

3.3 在選點測量中使用GPS

GPS點選擇測量是礦山測量中最重要的點，即GPS測量點。通常，GPS位置之間沒有特定的連接，并且節(jié)點圖結(jié)構(gòu)更靈活，在實際測量中，測量過程比較簡單。GPS點測量對礦山測量的準確性有很大的影響，改善選擇點的選擇有助于提高測量結(jié)果的可靠性。選擇GPS選點測量時，需要考慮以下因素：

（1）GPS選擇點必須首先使用信號接收能力強的設備。

（2）GPS點選擇條件必須滿足設備要求。GPS定位應遠離大功率無線電源，高壓線與微波電臺信號通道的距離應至少保持100以上，以防干擾設備。

（3）GPS定位的影響應遠離大面積水域或特殊地形，防止衛(wèi)星信號干擾。現(xiàn)場還應位于便于運輸、設備安裝和使用的地方。選人要嚴格按照工作要求，結(jié)合礦井實際情況，選擇科學合理的觀點，確保礦山勘測的準確性。

3.4 GPS設備埋設的應用

（1）GPS設備的安裝應滿足舒適性和功能性的要求。選定的安裝位置應具有一定的穩(wěn)定性，以避免自然因素造成的損壞，并確保試驗設備的持續(xù)有效性。

（2）GPS可用于通過測量中的衛(wèi)星信號從礦山測量中采集數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)，測量時應連續(xù)測量GPS設備，這意味著GPS衛(wèi)星的高度角保持恒定，確保GPS設備的穩(wěn)定性。

（3）使用GPS檢測礦山需要保留和記錄測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的完整性和準確性將影響礦山勘測的最終準確性，因此，記錄GPS觀測數(shù)據(jù)非常重要。盡管GPS在提高礦山勘測精度方面發(fā)揮了一定作用，但該技術(shù)仍存在局限性。隨著GPS技術(shù)（全球定位系統(tǒng)）和RTK技術(shù)的發(fā)展，測量技術(shù)變得越來越復雜。與傳統(tǒng)的GPS技術(shù)相比，RTK技術(shù)具有很高的測量精度，并使用了載波相位的動態(tài)實時差分方法，該技術(shù)當前應用于地形圖，控制測量和其他領(lǐng)域，在未來的礦山勘測中，RTK技術(shù)的使用將是未來的發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

總之，通過分析，礦山地形和技術(shù)能力的人為因素影響著礦山測量和驗收的準確性。通過對測量計算的分析和解釋，提高驗收的準確性，使用了各種更有效的計算方法來確保礦山生產(chǎn)的總量和質(zhì)量。

GPS技術(shù)的發(fā)展也表明，提高礦山測量精度必須依靠先進的測量設備。礦山勘測準是一個復雜而嚴格的項目，不僅需要理論上的支持，而且還需要技術(shù)上的支持，在檢查和驗收礦井時，有必要增加新技術(shù)和新觀念的應用，使用先進的測量方法和工具，提高礦山測量驗收工作效率，提高計算精度。