GPS在矿山中的应用

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1、GPS在矿山测量中的应用摘要】GPS （Global Positioning System）全球定位系统是美国 研制并在 1994 年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的 各个领 域，在测量领域，GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量 等各个方面。本文将着重叙述 GPS 定位系统在矿 山工程控制测量中的应用。 关键词： GPS 定位系统 矿山工程 控制测量 应用二、 GPS 系统在实际测量工作中的应用1、准备工作 收集测区的相关资料，包括测区地形图，现有控制点等级、资料， 充分 了解测区的交通、通讯、气象等情况。 结合矿区需要和实地情况，以及 GP

2、S 网布设规范 埋设控制点，埋石点位 满足以下要求：1）点位周围视野开阔，视场内障碍物的高度角要符合相关规定；2）远离大功率发射源，远离高压线，避免干扰卫星接受效果；3）附近不应有强烈干扰卫星信号的物体，并尽量避开大面积水域；4）交通便利，有利于其他测量手段的展开和联测；5）地面基础稳定，易于点的长时间保存。2、矿山测量 GPS 网的建立 建立矿山 GPS 网的目的， 主要是建立高精度施工控制 网， 以便利用这 些网点的坐标直接得到并能达到施工所需要的精度要求。在处理 GPS 网 各种数据过程中，首先在 WGS-84 坐标系中进行三维无约束平差，保证 了 GPS 差分的相 对定位高精度。而且，

3、在各种坐标转换中，没有涉及到 由 WGS-84 坐标转换为我国参心 坐标系的问题，因此不会受到转换参数 求定误差的影响。另外该网也没有与国家平面控制 网联测，所以，也不 会受到地面控制网测量误差的影响，仍然保持原来的 GPS 差分相对 定位 的高精度。因此。用这种方法所建立的独立坐标系工程平面控制网，经 过一系列的数 据处理和坐标转换，是能达到贯通测量和各种施工测量精 度要求的。此次我们主要探讨如何建立平面工程控制网 根据现场具体情况，对该网作以下设计：1、矿山测量主要是解决井下贯通和井下各种施工问题。所以，网的布 设必须以井口为 主进行布设，以便向井下传递坐标。2、根据国家测绘局1992年颁

4、发的全球定位系统（GPS）测量规范以及矿山测量规范有 关精度，确定该网为 D 级，定位的方式为相对静态定位， 网形结构为边连式。为了形成 精度统一的连续网，全网使用三台 Timble4800GPS 接收机进行观测，以连续推进的方式， 测定同步图形。 全网有 14 个点组成， 平均边长 950 米， 最长边为 1.5 公里， 最短边 为 500 米，如图 1图 1 GPS 网布设图a） 每个井口，须布设一个近井口点和一个定向点。b） 近井口点应该与附近的 1-2 个网点相通视，以备近井口点被破坏后便 于恢复。c） GPS 点必须满足接收信号的需要。d） 各 GPS 点间的高度角越小越好。因为采用

5、这种转换方法处理数据时， 可减少偏垂 线的影响。e） 在竖井口亦应布设两个近井点，这两个点可通视，也可不通视，但与 竖井口必须通 视。由于井口场地窄小，生产繁忙，近井点易被破坏， 一旦被毁可用另一点向井下传递坐 标。3、外业测量（1）依据国家测绘局 1992 年颁发的全球定位系统 GPS 测量规范作 业。根据 矿山 GPS 网精度要求高、点距短和交通便利等特点，我 们将网的各时段采用边联式进行 连结，并按照卫星可见情况预报表 制定每天最佳观测时间，每个三角形按 2 个时段进行观 测，时段内 对每颗卫星连续跟踪时间不得小于 5min， 观测值采样间隔为 15 秒， 观测 时段长确保60min,每

6、站组成的几何图形（PDOP）值为3-5左右，远小于10的规定。（ 2 ） 外业观测按照设计图逐点逐边循序推进。（ 3） GPS 网主要技术指标R（平均重复设站率）=3.0,大于规范所规定的2的指标。平均可靠性指数：K=0.5.4、数据处理（1） 观测后，平差前根据厂方提供的概算软件对外业所采集的数据 进行预处理，如 表 1.表 1.从表 1 可以看出， 个同步环中最大闭合差为 5.4mm， 14 最小为 1.4mm， 相对精 度最高为0.4ppm,最低为2.0ppm。异步环最大闭合差为7.1mm,相对闭合差为1.5ppm。（2）观测边两时段互差从统计的26条边两时段交差在6mm之内的有22条，

7、差值较大的为8mm。较差均 在 D 级网限差的 1/2 以内,重复观测边亦在 D 级网限差的 1/2 以内,其中有一条较差为 2.5cm。（3）坐标转换 外业观测数据,经预处理后,所得到的点位之间向量及其协方差阵, 作为网平差的虚拟观测值，其协方差阵在WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，平差后坐标即为（X,Y,Z） WGS-84坐标系内地心直角坐标。根据厂方所提供的软件再将（X,Y,Z） WGS-84坐标系内地 心直角坐标系换算至（L,B,h） WGS-84地心大地坐标系根据GPS网中各点的（L,B,h）WGS-84大地坐标，采用高斯第二公式反解，求出GPS 网点间的大地线长S和大地方位角

8、A（亦可根据公式自编程序）。从而求得GPS网点间的 水平距离和水平角，并将各点间的水平距离投影到贯通巷道200 米高程面上，此时， GPS 网的数据即转换成普 通的三角网的形式，产生了新的三角形闭合差，再用最小二乘法进行 平 差，最后求得独立的施工坐标系（4）独立施工坐标系精度问题由于地心大地坐标（L,B,h） WGS-84直接转换为独立施工坐标系，这种方法是否可行， 精度是否可满足矿山测量规范要求，为此，要行以 下的检测工作。a、网点边长检测 网点边长检测，采用AGA-112红外测距仪，GPS网边进行了测 定， 对 结果列于表 2表2检测辿兮12GPS边怏800.25599S2971003.

9、226检测辿KK0Q.249995.28611X)3.239较年-SiniTi十1 mm3mm和1王3万1/9.01/77 hb、由大地方位角计算出的各网点间水平角所组成的三角形闭合差统计见表3 表3综合以上检测和统计数据分析，如果大地结算方面精度再提高一些，满足矿山测量W 等控制网的精度要求是可行的。5、高程问题为了验证GPS测定的高程精度，在测区布设由国家II等水准点为起 算点的环形水准 路线，采用III等水准精度进行观测，其中两个水准点与GPS点近井点相重合。其目的是将 GPS测得的大地高转换至施工所需要的正常高。转换公式：N=h=HO。因此，如果知道某点的大地高 h 和高程异常值 N，

10、 则可求出正常高 H0， 们采用了 曲面拟合的方法。根据已知点的异常值N和平面坐标(X,Y)，用计 算的方法拟合出测区的 似大地水准面， 再用内插求出 GPS 个点的异常值， 以求出各点的正常高。本次试验工作中，仅将转换后的正常高数据作为参考。因为本矿矿 区小， 高差很大， 两个已知 水准点分布又不均匀， 故拟合后所求其他 GPS 网点正常高 ，其精度为 0.050m-0.080m,以这样的高程精度作为高程贯通的起算依据，是不符合规范要求的。若在 增加几个分布均匀的水准点， 其 GPS 网的正常高的精度可望提高。6、贯通精度贯通误差主要是横向误差，而这种误差主要来自近井点横向误差和 峒内施工定

11、向边的 误差。因此，近井点、定向点和迎头方向，应尽量在 一条直线上。近井点与定向点的距离 应根据现场情况尽量远一些，可避 免横向误差的产生。尤其是峒内曲线部分，由于后视距 离短，产生横向 误差的可能更大。因此，仪器对中应特别谨慎。此次贯通是在主要运输巷道 200 米高程面上，而且贯通点是在曲线 重点 E 处。预计 贯通误差为 118mm，高程贯通按实际3.5%披度施工，贯通点高程误差为32mm。7、结束语GPS 在矿山工程的控制测量上具有很大的发展前景：第一 GPS 作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适 合于地形条 件困难地区、局部重点工程地区等。第二 GPS 测量可以大大提

12、高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。 整个作业过 程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据 预处理、自动平差计算。第三GPSRTK技术将彻底改变矿山测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三 维坐标。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。第四 GPS 测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提 高作业效率。 一般 GPS 测量作业效率为常规测量方法的 3 倍以上。第五 GPS 高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是 GPS 测量应用的 重要领域。 往往由于一些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测 量有困难， GPS 高程测量无疑 是一种有效的方法。