浅析矿山测量中定位技术的应用

【摘要】随着科学技术的发展，矿山测量作业的重要性日益明显，定位技术(GPS)在矿山测量中的应用，提高了测量的精度和测量人员的作业效率，随着其定位技术不断成熟，具有很大的推广价值。特别是实时动态定位技术(GPS- RTK )，是定位技术的一个新突破。文章简单介绍了GPS - RTK技术的基本原理及构成，GPS - RTK技术在矿山测量中的应用，及其优缺点[1]。

【关键词】矿山定位技术矿山测量

矿山测量是指矿山控制测量、工程测量、地形测量、地形图的编绘等。定位技术(GPS)是矿山测量中的辅助技术，用途很大。传统的矿山测量操作过程复杂、影响因素多且相互制约，适应性不好，误差累计大，测量精度低。利用GPS 能在动态初始化下，随时计算出待测系统坐标并直接记录保存，不需要通视、相互协调，能够独立、快速、准确的测量结果。GPS有极高的精度、工作效率和质量。GPS技术主要有静态定位技术、实时动态定位技术(GPS- RTK )等[2]。现在提到定位技术多指后者，研究、应用都比较广泛。

一、定位技术的原理与结构

(一)GPS-RTK测量技术的原理

GPS-RTK测量技术，是以载波相位的观测量为根据的实时差分GPS测量技术。基本原理是将首级控制点(点位精度较高)作为基准点，安置一台GPS接收机作为基准站，对可见GPS卫星连续地进行观测，接收机接收卫星信号，同时利用无线传输设备接收基准站上的观测数据。再根据相对定位的原理，计算并显示用户的实时三维坐标。用户可以随时看到待测点的数据、观测的质量和基线的解算结果，根据待测点的数据确定观测时间。从而减少观测步骤，缩短观测时间，提高工作效率。

(二)GPS-RTK测量技术的结构

GPS-RTK测量系统由GPS 接收机、数据传输系统和软件系统构成。

(1)GPS接收设备，基准站和用户站都安装了双频GPS 接收机，因为双频接收机观测的数值精度较高，并且能快速的、准确的计算整周未知数。

(2)数据传输系统(也称数据链)，由基准站的无线电发射台、用户站的接收机构成。它的频率和功率是根据用户站与基准站之间的距离、环境以及数据的传输速度选择的。

(3)软件系统支持动态测量，能够快速计算周整未知数。可以选择静态、准动态、实时动态等模式，实时分析和评价解算结果的准确性。

二、定位技术在矿山测量中的应用

矿山建设中，矿区地理信息、矿区储量、矿区土地开发、生态环境整治、矿区规划建设等都需要测绘图纸。伴随着开采的不断进行，矿区地表也越来越复杂。为了能够得到真实的信息，对图纸的准确性要求很高。矿山测量的工作人员需要不断地补测和修正矿区地形图，还要测绘专用地籍图、规划地形图。定位技术能给绘图工作带来便捷，与传统测量方法相比减少了工作量，缩短了工作时间，还提高了工作效率。

(一)矿区控制网的建立和使用

常规测量时要求控制点能相互通视，测量工序复杂，而且精度不准确，不能马上知道测量结果的精度。用GPS- RTK 技术进行测量能马上知道实时定位结果、实时定位精度，可以极大提高作业效率。GPS- RTK 技术进行实时定位时可达到厘米级的精度。GPS- RTK 技术在矿区控制网布设时，测量精度适合规范要求，作业方便快捷。

(二)求取测区转换参数

矿山测量是利用WGS – 84坐标系或独立坐标系完成的。需要在WGS - 84坐标与独立坐标系之间转换坐标。由于GPS-RTK 作业需要当地实时坐标。因此，坐标转换非常重要。对于较大的测区应该事先测定好转换参数。在GPS-RTK作业时，直接输入参数、基准站坐标，利用同一点的两种坐标求出转换参数[3]。也可以求得临时转换参数，在空旷的地方设置基准站，连续测定三个以上控制点的定位WGS – 84系坐标，求解坐标转换参数。

(三)矿区地面形变测量

矿区地面形变测量能为变形分析提供科学的依据。测量不同时间段地面某一点的水平位置和高程，将数据对比分析，得出地面某一点的水平位移变化值及下沉值。常规测量方法是：在矿区地面提前设置基准点和观测点，多点连接组成一个变形监测网。用全站仪测定监测网的边长和角度，用水准仪测定各个测点间的高度差，计算出监测网各个点的水平位置和高程。

(四)矿区工程测量

矿区的工程测量工作很难但还非常重要。工作地点大多是山地、丘陵，森林覆盖率较高，国家控制点较稀疏，通视条件较差。常规测量手段在工作效率和精度上很难达到矿区工程测量的要求。 GPS- RTK 技术能弥补常规测量在效率和精度上的缺陷。GPS- RTK 技术还可用于采煤地面沉降积水面积、测绘矿区地形图、纵、横断面图及钻孔的放样图等。

三、定位技术的缺点

(一)受仪器状态影响

各个控制点的测定值都是独立测定的，在观测前、观测中、观测结束前或仪器失锁时，要将测定值与已知值进行对比。以确定参数设置是否正确，数据链通讯是否通畅。仪器状态是否正常。

(二)高程异常问题

定位作业模式要求有精确的高程转换，我国的某些地方，特别是山区，高程值存在较大误差。因此，GPS- RTK技术高程转换为海拔高程就比较困难，精度也不准确，影响GPS- RTK的高程测量精度。

(三)受卫星、天气影响

在测量过程中，由于卫星高度截止角不适合，有时会出现解算时间较长，有时无法获取稳定的双差解。GPS-RTK容易受卫星、天气状况，数据链传输情况的影响。不能达到较好的可靠度和稳定性。

四、定位技术的优点

(一)精确度高

在矿区工程测量时，能够现场提供实时坐标，还能查看坐标的精度。基线向量的相对精度大致在10-5~10-9 之间[4]。

(二)作业流程短

基准站设置好以后，可用流动站来测量，不需要再布设更多控制点;仪器有效作业范围扩大了，半径内不需要迁站;不需要测站间相互通视;不要求建造觇标;降低了布网的费用。

(三)全天候作业

GPS 观测不受地形、天气、气候等因素的影响。

(四)作业时间短

一般情况下，布设、观测控制网时，在每个观测站上需要1~2 个小时左右[5]。

(五)操作简单

作业条件不高时，数据传输、数据处理、存储数据的能力强，可以直接测设控制点与，计算机、全站仪等通信方便。大大提高测量精度和速度，布设控制网观测、数据处理高度自动化。人员投入减少了，测量时只需3~4 人便可完成，出错率减少。

结论

随着我国经济技术的发展，矿山测量技术越来越受重视，测量的方法、仪器有了质的变化。所有需要定位的用户，都被GPS 的高精度、方便灵活的特点所吸引。GPS 的广泛应用突破了传统测量的限制，特别是 GPS- RTK技术能够实时达到厘米级的定位精度，测量工作人员少、速度快，能够大大地提高工作效率，特别值得大力推广。

参考文献：

[1] 王刚，郭广礼，王磊.GPS- RTK 技术在矿山测量中的应用研究[J].煤矿现代化， 2011，(01).

[2] 乔永利.GPS-RTK在矿山测量中的应用研究[J].科技传播， 2011，(01).

[3] 张应学.GPS 在矿山测量中的工作原理及应用分析[J].中国新技术新产品，2010，(05) .

[4] 李东红.RTK(GPS)定位技术在矿山测量中的应用[J].SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION， 2011，(09) .

[5] 邵金强，罗斐. GPS- RTK技术在矿山测量中的应用[J].贵州地质，2007，(24).