浅谈GPS技术在矿山测量中的应用

【摘要】传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，费工费时，要求两点间通视，且精度分布不均匀，外业测量时不知精度如何。而采取GPS进行控制测量，能够实时知道定位精度，当点位精度满足要求了，很快便可以采集所需要点的坐标值。本文重点分析GPS技术在矿山测量中的应用。

【关键词】GPS；矿山测量；定位

全球定位系统(GPS)是借助分布在空中的多个GPS卫星确定地面点位置的一种新型定位系统。GPS定位具有全天候、高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等特点。因此，GPS技术在测量学、导航学及其相关学科领域获得了极其广泛的应用。目前，测量学中经典的平面控制测量，正逐步被GPS测量技术所代替。

1 GPS定位系统的构成

GPS系统包括三大部分：空间部分――GPS卫星星座；地面控制部分――地面监控系统；用户设备部分―GPS信号接收机。

GPS定位技术的应用通常将应用GPS卫星定位技术建立的控制网称为GPS网。GPS控制网按其工作性质可以分成外业工作和内业工作两大部分。外业工作主要包括选点、建立测站标志、野外观测作业等；内业工作主要包括GPS控制网的技术设计、数据处理和技术总结等。GPS外业观测作业比经纬仪测角、测距仪测边要简便得多。只需将GPS接收机天线安置在测站点上，对中并量取天线高度。开机后仅需输入测站点号观测日期和量取天线高，并在观测中注意接收机工作是否正常即可。静态相对定位一般观测几十分钟即可达到相应的精度。观测时接收机将采集的数据存储在接收机的存储器上；内业计算主要通过相应的软件来完成。

2 GPS在矿山工程测量的应用

在矿山坐标系GPS网的控制下测量计算出与公路高程系统差值、及与市规划局独立坐标系的转换参数。

2.1 采剥现状与地形测量。过去测地形图时先要在测区范围建立控制点及图根点，然后在图根控制点上架全站仪或经纬仪配合小平板测图。后来发展到外业用全站仪和电子手薄配合地物编码，用大比例测图软件来进行测图，都要求在测站上测四周的地物地貌等碎部点，这些碎部点都必须与测站通视，而且至少要求2～3人操作，在拼图时一旦发现出错还得到野外去重测。现在采用GPS，在一般的地形地势下，设站一次即可测完以10多公里为半径的测区，大大减少传统测量所需的控制点数量和测量仪器的搬站次数，仅需一个操作，在地形地貌碎部点上待1～2 s，可以得到该点的三维坐标值。同时输入地物编码，在测量过程中实时知道点位精度，这样使作业速度加快，节省了外业费用，也提高了劳动效率。GPS的平面精度和高程精度都能达到厘米级，并且误差没有累加，数据安全可靠。当一个测区测完后回到室内，由成图软件通过接口，就可以绘制输出所需求的地形图。

2.2 钻孔、征地边界、境界线等工程放样。把设计好的点位在实地标定出来，用常规的放样如经纬仪交会放样，全站仪的边角等，一般要放出一个设计好的点时，往往需要来回移动目标，而且要2～3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，有时放样过程遇到困难的情况要借助于很多方法才能放样，如距离较远时还必须支测点，从而使误差累加影响放样点的精度。采用GPS技术放样时，外业放样效率会大大提高，一个人仅需把设计好的点位坐标输入到电子手薄中，手薄动态直观的显示便会自动提醒你走到要放样的位置，既迅速又方便。它可以设置给出两点不通视的放样线上的点。不足之处是不能像全站仪那样现场给定角度和方向。

3 GPS在矿山测量中的不足及其解决办法

3.1 受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区、城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用GPS测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。

3.2 天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行GPS测量，上午1l点之前和下午3：30分之后，GPS测量结果准而快，而中午时分，很难进行GPS测量。可见选择作业时段的重要性。

3.3 数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。GPS数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当GPS作业半径超过一定距离(一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同)时，测量结果误差超限，所以GPS的实际作业有效半径比其标称半径要小很多。工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。

3.4 高程异常问题。GPS作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。

3.5 电量不足问题。GPS耗电量较大，需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业，最好选用汽车用电瓶。

4 结论

利用以往传统矿山测量工作需要多次的搬站，操作过程复杂、相互制约，适应性差，致使误差累计，降低精度。利用GPS能在快速动态初始化下实时计算出系统坐标并将坐标直接记录保存，无需通视、相互联系各自独立，快速、准确的得到测量结果，GPS作业 有着极高的精度与工作效率及质量，更不受人为因素的影响。在露天采场底部遮蔽地带使用会受到一些限制，它不能精确的进行角度和悬空测量。为此，还需要全站仪等测量工具配合，辅助相应的软件，充分发挥GPS与全站仪各自的优势。

参考文献

[1]何沛锋编. 矿山测量[M]. 中国矿业大学出版社，2005.11：98.

[2]陈红玲. GPS在煤矿测量中的应用[J]. 山东煤炭科技，2011.08：120.

[3]李宏奎，黄二东. GPS技术在胜利东二矿测量中的应用[J]. 露天采矿技术，2010.04：115.

作者简介：

赵阳，毕业院校：辽宁工程技术大学 测绘工程本科，出生：1985年02月25日，现认职务：助理工程师，籍贯：辽宁本溪，单位名称：沈阳地球物理勘察院