探析GPS技術在煤礦測量中的應用

胡雙虎

（中國神華神東煤炭集團三道溝煤礦，陜西 榆林 719407）

一、GPS技術

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸海空三軍聯合研制了新一代衛星定位系統GPS。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己布設完成。

GPS就是利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統。GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。運用GPS測量可以實時、精確的取得地質管理的基本數據。GPS測量雖然有很多優越性，但在實際的地質測繪中還是出現了很多不足。GPS系統能夠精確定位是因為能對衛星和接收器之間的距離進行準確的計算，在地質測繪中，信號要通過地質層，地質層不是真空狀態，信號就會受到干擾，進而影響定位的精確度。在地質測繪的工程測量控制點上，受到地質坐標的影響GPS測量的精確度也會出現誤差。

二、GPS技術在煤礦測量中的應用

（一）GPS技術在煤礦測量中的應用的重要性

煤礦企業是我國的基礎能源企業，煤礦企業的安全生產與我國的經濟發展密切相關。煤礦測量主要包括礦井聯系測量、礦塊施工和采場驗收測量、井下控制測量、礦區路線測量、采剝工程測量、礦山移動的觀測測量等。煤礦測量工作是一項重要的技術基礎工作，關系到整個煤礦的開采和礦區的安全。在傳統的煤礦測量工作中，測量方法和測量工具都比較落后，測量效率低、精確度也不高，所需工作人員比較多，測量程序比較復雜。例如在對礦區的地形圖測量的時候，常常采用小平板、電子手簿、外業電子平板、全站儀等側圖軟件來測圖，在運用這些方法之前，要確定各個測量點是通視的，保證測量人員在測站上測量周圍地形地貌的時候，都能夠看到彼此。用這樣的測量方法和測量工具不僅需要很多工作人員來操作，還需要有嚴格的測點，需要多部門的配合，這就降低了煤礦測量的精確度和測量效率。GPS全球定位系統具有能提供全球統一的地心坐標、定位精度高、觀測時間短、測站之間無需通視等特點，因此被廣泛的應用到包括煤礦測量的各種工程地質的測量當中。利用GPS全球定位系統，可以減少人力；煤礦各個測量站之間可以通視，節省了觀測所要測量地形、地貌的時間；GPS全球定位系統定位精度高，提高了煤礦測量的精確度。總的來說，利用GPS全球定位系統可以有效的節約煤礦測量工程的時間，節省煤礦測量所用的人力成本和經濟資源，提高煤礦測量的工作效率。

（二）GPS技術在煤礦測量中的具體應用

1 利用GPS全球定位系統布設煤礦近井控制網

煤礦井筒是礦井中煤礦主要的運輸渠道，因此對于井筒精確度的要求要高于其他的巷道貫通工程。為了確保新建礦區主副斜井的精確貫通，需要利用GPS全球定位系統在新建礦區地表上建立地面近井控制網。要嚴格的按照GPS全球定位系統的相關操作規范對煤礦井筒進行測量，根據測量數據，建立網絡結構和井筒位置建網的方案，然后根據建網方案完成布設煤礦近井控制網。

2 設計煤礦測量區的GPS控制網

GPS控制網宜以邊連接為主，并以點連接相輔助，這樣的話既可以減少工作量，又可以達到多榆核的目的。GPS控制網的設計一般選用3個約束點的近似長方形帶狀的煤礦區，其中，兩個約束點應該分布在帶狀煤礦區的兩側，一個約束點位于測量礦區的中心。這樣的設計的網型有利于較準確地推算出煤礦測量區的坐標換算參數，也有利于以后煤礦區控制網的擴展和連接。

3 運用GPS全球定位系統選擇測量地點并進行埋石

嚴格的按照《全球GPS定位系統測量規范》來選擇GPS控制點。首先所選控制點要便于安裝、操作接受設備。其次控制點還必須是開闊的地方，以方便GPS全球定位系統工作，該控制點一般選擇在被測衛星高度角大于15°的地方。第三，要保證煤礦測點與無線電發射源之間的距離大于400m。第四，選擇GPS控制點的時候要避免大面積的水域或者其他的干擾衛星信號接受的物體。

利用GPS全球定位系統選擇測量地點之后要進行埋石。在采礦勘探規劃設計中，三角點的標石一般是用混凝土摻入石料灌制而成，標石的灌注過程就是埋石。首先要選擇適合埋石的混凝土材料，然后按照地面測點的相關規格，使用規范的模具在地面的測量點上進行澆筑；在澆筑的過程中需要使用特定的鋼釘對其進行加固。最后在混凝土筑成的水泥板頂部鑿上原點作為標石的標記，完成埋石工作。

4 利用GPS全球定位系統進行數據觀測和采集

要嚴格的按照數據接受器的相關操作規范進行數據觀測操作，當接收器完成記錄之后，需要專門的觀測員認真核對接收衛星的數量、定位結果的信息，并及時的填寫好各種測量項目的數據。數據采集就是通過GPS全球定位系統中的傳感器和其它待測設備，自動采集非電量或者電量信號,并送到上位機中進行分析和處理。數據采集系統是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統。在利用GPS全球定位系統進行數據采集的時候，數據采集系統置于被監控的設備處，通過傳感器對設備的電壓或者電流信號進行采樣、保持，并送入A/D轉換器變成數字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數據到了一定數目時，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過ARM7的以太網接口或者RS232送給上位機，之后經過上位機進行分析和處理，得出測量采集的數據。

結語

綜上所述，GPS也就是全球定位系統，它是隨著現代科學技術的發展而興起的一種新的精密衛星導航定位系統。GPS全球定位系統具有能提供全球統一的地心坐標、定位精度高、觀測時間短、測站之間無需通視等特點，因此被廣泛的應用到各種工程地質的測量當中。煤礦的測量工作關系到整個煤礦的開采和礦區的安全，因此要把GPS全球定位系統應用到煤礦測量的工作中，提高測量的精確度，保證礦區安全，提高煤礦企業的效益。

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