GPS技术在矿山测量工程中的应用

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摘要：随着我国科技发展，矿山测量工程要求的标准更高。gps技术作为现阶段较为成熟的新型科学技术，运用到矿山测量工程中具有较高的灵活性和实用性，能够提高工程测量的精准度，有利于提高矿山测量工程质量和效。本文阐述GPS技术及其在矿山测量中的应用原理，结合实例对其进行分析，为矿山测量工程提供帮助。

关键词：GPS技术；测量工程

如今GPS技术能够向全球用户提供高精度的时间信息、速度和三维坐标等技术参数[1，2]，在地形地貌测绘、矿山施工等领域中已被大范围推广使用，尤其是矿山工程测量。矿山工程设计阶段能够利用GPS技术实现跨地域、空间限制的工程测量，能够对矿山施工建设全过程进行监督和控制，提高工程测量的效率和质量，为推动我国矿区测量行业的发展发挥巨大作用[3，4]。

1GPS技术在矿山测量工程中的应用

1.1GPS技术特点GPS技术主要有以下特点：①测站间无需通视：提高了选点的灵活性和方便性，但在使用过程中需保证测站上空是开阔的，防止GPS卫星信号受到干扰；②定位精度高：一般情况下，双频GPS接收机基线精度为5mm+1ppm，且大量试验表明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达到12×10-6，在100-500km的基线上，其相对定位精度可达到12×10-6-12×10-7；③观测时间短：采用GPS布设控制网时，每个控制点的观测时间一般为30-40min，若采用动态定位技术，观测时间会更短；④操作简单。GPS地面仪器操作相对简单，仅需操作人员掌握基本的测量和操作技术即可完成实现对GPS的有效使用，比如在测量过程中，仅需将仪器、电线等设备进行连接，这些设备即可自动完成数据的观测、记录和处理工作。另外，随着信息技术的不断发展，观测设备逐渐朝着信息化、自动化和智能化的方向发展，这种情况下可减少操作人员的劳动强度；⑤实时测量。由于GPS卫星在空间分布上呈现一定的均匀性，可实现GPS技术测量的实时性和可靠性，即可全天候开展测量作业；同时在矿山工程测量过程中，除了雷电、暴雨等恶劣天气外，该系统技术的应用基本不受空间、地点和时间的限制，因此，将GPS技术应用于矿山测量工作中具有一定的有效性。图1GPS技术基本原理图

1.2GPS技术的应用原理GPS系统主要包括以下三个部分：一是空间部分，该部分主要由24颗空间卫星组成；二是地面控制部分，该部分主要由控制站、通讯系统、监测站等组成；三是用户装置部分，该部分主要由信号接收系统、卫星天线和用户设备组成。目前，该系统已被广泛应用于汽车导航、测量工程等领域中。在实际测量工程中，需在测量位置架设GPS接收机，在某一时刻会同时接收三颗以上GPS卫星所发出的导航电文，[1]李广春，戴吾蛟，曾凡河.抗差移动平均在GPS自动化监测数据处理中的应用[J].大地测量与地球动力学，2016，36（1）：85-88.[2]李秋红，辛长江，许康生，等.差分GPS在中国地磁监测网地理方位角测量中的应用[J].地震工程学报，2015，37（3）：862-866.[3]田发,李建.GPS控制网在矿山测量中的应用[J].现代矿业,2011(4):52-53.[4]赵卓辉，王海涛，杨耀，等.GPS定位测量技术在房屋建筑工程中的应用[J].建筑技术，2014，45（5）：396-399.在对相关数据进行科学处理和计算后，可得出该时刻GPS接收机到GPS卫星的距离，且经过接收卫星星历可获取该时刻这些卫星的空间位置，进而利用距离交会法对测量位置的三维坐标进行计算。一般情况下，GPS测量中常用的两类坐标系统为空间固定坐标系统和地固坐标系统，而在矿山工程测量中多采用地固坐标系统。比如WGS-84世界大地坐标在实际使用过程中，需根据坐标系统间参数转换的结果来计算出所使用的坐标系统的坐标，以将地面控制点位置和GPS观测结果更好的呈现出来，有利于保证GPS测量结果的精准度。

1.3GPS技术在矿山测量工程中的具体应用矿山测量工程中主要应用了GPS技术的两大功能，一是动态测量，主要利用卫星系统将已获取的三维坐标点定位实地放样到地面上，其定位测量精度可有效满足矿山勘查的需要；二是静态测量，主要利用所接收到的卫星信息来确定地面某一点的三维坐标，多应用于矿山控制网的布设中。具体内容为：1.3.1在加密控制点中的应用在矿山测量工程中，原有平面控制网中的一些控制点极易遭到破坏，不利于保证控制网的精确度，而GPS技术在控制点加密中的应用，可精确找到控制点定位的坐标点，并对其进行加密工作，以保证控制点的精准度。1.3.2在植被茂密地区的应用在矿山建设过程中，植被茂密地区是较为常见的，利用传统的测量手段难度较大，而GPS导线控制测量方式的运用可有效克服通视困难，保证工程测量工作的及时性和有效性。具体内容为：在保证良好通视的条件下，按照一定距离合理设置GPS控制点，在对这些控制点进行加密处理后，再在相邻两个控制点范围内开展放线测量工作。1.3.3实时动态技术在测量放线中的应用：（1）道路的纵横断面放样。放线工作在矿山测量工程中占据重要地位，而GPS技术的应用在很大程度上提高了工程测量的工作效率和质量。在道路纵断面放样工作中，首先要将需放样测量的数据输入并存储到电子程序中，再在施工现场利用实时动态系统内置的放样程序开展放样测量工作；道路横断面刚放样工作流程和纵断面相同，但在工程开展前需将道路横断面的形式确定下来；（2）路线中桩放样。利用实时动态技术对矿山中线进行测量，可在保证放样点独立性的基础上，快速确定中线放样点的位置，同时可将放样点误差控制在合理范围内；（3）测绘大比例尺地形图。在矿山工程建设中，中小比例尺地形图并不能有效满足工程建设的需求，在一些局部地区需更新或补测大比例尺地形图，而实时动态技术的运用可实现测量信息的快速采集，进而提高可绘图的效率。

2实例分析

2.1实例概况某矿区面积16km2，该工程要求在全线进行矿山四等控制点加密工作，将控制点布设矿区两边150-1200m，布设点之间的距离为1300-1600m，在矿山周围均布设GPS点。

2.2平面控制测量野外观测主要使用HD8200B遥控型一体化单频GPS静态接收机，共布设4台，接收机的平面精度和高程精度均满足了控制测量的精度要求，对每个控制点的观测时间控制在0.5h左右，并利用相关软件进行基线处理和平差计算。该矿山共采集到五个三级控制点，分别为：159ASN、160ASN、WJ01、WJ02、WJ03，其中将WJ01、WJ02、WJ03作为网平差中的已知起算点，通过计算得出该四等网中最弱点位中误差为33.3mm，最弱边相对中误差1/26834，可见控制网的各项指标均满足国家四等网的技术要求。另外，该路段近20km的GPS控制网仅安排2个外业组、2名作业员、4台GPS接收机，约花费三天时间完成全部的测量工作，大大提高了工程测量效率。

3GPS技术在矿山测量中应注意的问题

尽管GPS技术在矿山测量中已得到广泛应用，但在具体测量中仍存在一些测量精度不达标或采集数据无法解算的问题。在利用GPS技术进行道路测量的过程中，由于多种因素的共同作用会在一定程度上影响GPS测量的精准度，与传统测量技术相比，其虽在很大程度上提高了测量的通视性，但丛林、山峰、建筑群等因素或多或少的会影响测量精度，甚至会出现局部无法测量的喜爱你想。另外，测量人员若无法熟练掌握GPS测量技术的操作流程或知识，也会导致GPS测量精度和工作效率的下降。因此，在采用GPS技术进行矿山测量的过程中，应对测量工作中存在的问题进行客观分析，尽可能提高测量通视性，降低外在因素对GPS测量精度的影响，同时还需对操作人员进行定期培训，提高操作人员对GPS测量技术的熟练度，以提高GPS测量水平，进而保证矿山施工质量。

4结语

综上所述，在矿山测量工程中运用GPS技术具有可行性，比传统矿山测量技术测量结果更加准确、效率更高，已经成为现阶段构建矿山控制网络的重要手段，不仅极大减轻工程人员的劳动强度，还为矿山工程测量效率和质量提供坚实的技术基础。因此，矿山测量行业应该增大GPS技术的适用范围，结合工程实际情况具体调整，为矿山测量事业提供支持。

参考文献：

[1]李广春，戴吾蛟，曾凡河.抗差移动平均在GPS自动化监测数据处理中的应用[J].大地测量与地球动力学，2016，36（1）：85-88.

[2]李秋红，辛长江，许康生，等.差分GPS在中国地磁监测网地理方位角测量中的应用[J].地震工程学报，2015，37（3）：862-866.

[3]田发,李建.GPS控制网在矿山测量中的应用[J].现代矿业,2011(4):52-53.

[4]赵卓辉，王海涛，杨耀，等.GPS定位测量技术在房屋建筑工程中的应用[J].建筑技术，2014，45（5）：396-399.

作者：向新华 单位：湖南省地质矿产勘查开发局四一四队