GPS技術在礦山測量應用的分析研究

閆志強

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200）

GPS技術具有測量精度高、受氣候環境影響小、測點布置方便以及實用性強等優點，打破了傳統測量工藝的局限性，保證了礦山測量高效開展。為進一步提高GPS測量技術實際應用效果，必須掌握GPS測量原理，對GPS技術在礦山測量中存在的問題進行分析并采取有效應對措施。

1 GPS技術原理及優點

1.1 技術原理

GPS系統在測量應用中主要包括以下三部分：基準站、流動站以及數據鏈。基準站接收裝置安裝在三維地心地坐標系的參考點上，然后接收每個測點的GPS信號源，并通過第三部分站點將測點坐標、載波相位的觀測值、偽距觀測值等數據傳輸至流動站，再經過流動站精密計算得出測量結果。

1.2 優點

（1）儀器操作簡單。與傳統礦山測量技術相比，GPS測量技術中設備操作簡單，測量人員具有基本的測量技術即可完成GPS設備相關操作。

（2）測點不受障礙物影響。GPS測量中測點位置選擇不需要考慮地面障礙物影響，在無需通視的情況下即可完成各項測量工作。

（3）提高了礦山測量工作效率。GPS測量時一般只需三人即可完成，通過信號接收、傳輸、計算即可得出準確的測量數據，與傳統測量方法相比，縮短了測點布置、人工測量及計算時間。

（4）測量精度高。礦山測量中采用的雙頻GPS接收機精度通常為5mm +1ppm，在長度為500km左右基線上測量精度可達到12×10-7m。

（5）實時測量。GPS技術可實時測量，不受氣候、環境以及空間位置的限制。

2 GPS技術在礦山測量中應用

2.1 在礦山控制測量中應用

（1）控制測量是礦山測量中一項重要分支，傳統的礦山控制測量技術主要通過布置若干個控制點建立控制網，從而限制測量誤差累計的作用，為其他各項測量工作精準、高效開展提供必需的坐標參照。但是傳統測量技術在進行控制點布置時受氣候條件、施工環境、測區障礙物等影響較大，加大了測量工作中內業工作量，而且測量精度低，誤差大。

（2）GPS技術在礦山控制測量中應用時，主要采用的是靜態差分定位技術，利用GPS接收機對測區內多個控制點進行差分精準定位，并可對不同測量精度進行差分調整。該技術可有效提高礦山控制測量精度，降低作業人員勞動強度，縮短內外業測量時間，同時在測量過程中無需考慮地形變化、氣候條件以及障礙物阻擋等，測量時更加靈活、簡便。

2.2 在礦山地形測量與施工中應用

（1）對于面積大且地形相對復雜的礦區（如大同礦區、淮南礦區等），在煤礦建設施工時必須對整個礦區地形、地貌進行全面測定，傳統測量方法是利用航空攝影技術獲得航拍照片后進行解讀，然后采用測量儀器再進行補測，采用該方法受環境影響大，且測量任務繁重，需多次返工補測，測量工作效率低。

（2）GPS技術在礦山地形測量與施工中主要是利用實時差分技術手段，建立便捷的測量體系，然后通過靜態基站以及若干個控制點，對覆蓋整個礦區的空間坐標系進行建立，然后通過衛星、基站設備、流動站接收設備進行測量數據接收處理，從而實現高效、低誤差測量作業。

2.3 在礦山測量數據采集中的應用

（1）在礦山測量中GPS技術主要利用系統內部傳感器對各種電量信號、非電量信號進行采集，并及時將采集信息存儲在信息存儲器中，從而為后期數據分析、計算提供準確信息。

（2）利用GPS技術對礦山測量進行數據采集時，在監控設備區域安裝數據采集器，同時利用A/D轉換器對采集的電流信號源進行處理，轉換成數字信號。待所有信號轉換完成后再將數字信號發送至ARM7芯片內，最終通過以太網將數據發送至上位機，從而完成數據采集任務。

2.4 在其他測量工作中應用

（1）作業面野外調查中應用。利用GPS定位儀可在野外對作業面位置精準定位，對作業面上覆巖層形態及變化情況進行測定，并能根據作業面生產情況提供實時作業信息。與傳統拉尺測量相比，具有工作量小、測量時間短、勞動作業強度低等優點。

（2）礦山生態環境監測。受礦井開采影響地表出現沉陷區，為了保證地表建設及井下生產安全，必須對沉陷區采用測量技術手段進行實時監測，傳統測量方法主要利用全站儀進行駐點測定，但是采用該方法進行沉陷區測量時很容易受地形地貌、測點數量、測點分布等限制，測量難度大，精度低。而利用GPS技術可降低控制點布置難度，提高測量效率且縮短監測作業的工作強度。

3 GPS技術在礦山測量中存在的問題

（1）控制點位置選擇問題。GPS技術主要是利用衛星及地面接收機進行信號傳遞、接收、計算處理等，從而得出精確的測量結果，所以接收機能夠穩定快速接收相應的衛星信號是保證測量高效開展的前提。但是在實際礦山測量中受建筑物、礦山以及地表大型物體等阻擋，很容易削弱衛星信號，造成測量結果失真。所以在控制點位置選擇時，盡量避開遮擋物及電磁干擾物，對控制點信號接收角度及接收時間進行相應調整，確保衛星信號接收連續、穩定。

（2）坐標系統一問題。我國礦山測量中控制點主要采用的是BJ-54坐標系統和國家80坐標系統，而采用GPS技術時采用的是WGS-84坐標系統，兩種坐標系統存在差異，很容易造成測量結果存在誤差。所以在礦山測量中為了保證測量結果精準、有效，在利用GPS技術時必須對坐標參數進行合理轉換。

（3）測量誤差問題。采用GPS技術進行礦山測量時，主要通過接收的信號所用時間以及波速，從而計算出接收機與衛星之間距離，然后采用空間距離后方交會的方法確定接收機位置。但是在實際礦山測量時衛星信號在接收過程中存在多種誤差源，主要體現在衛星誤差、信號傳播誤差以及接收設備誤差等，從而影響著測量精度。所以為了減少誤差源對測量精度的影響，應采取相應措施削弱誤差源，同時應對測量數據進行誤差分析、建立數據模型、測量數據時段控制以及處理結果精準度評估等。

4 實際應用分析

西山煤電股份有限公司西曲礦位于古交市汾河北岸，由于該礦區附近山體陡峭，地面大型建筑物較多，為了滿足測量需要，決定采用GPS技術進行礦山控制測量，控制網采用邊相連接的形式。本次測量中聯測已知點共計3個（A、B、D點），GPS點9個（1#～9#點），基線平均長度為420m。測量時采用三臺型號為天寶5700GPS接收器以及天線各3臺，測量時間選擇在上午7:30～10:30之間，觀測的每一個時段時間為70min，觀測數據采樣時間間隔為15s。

通過本次GPS礦山控制測量控制網平差及成果評價分析可得，采用GPS V5.2隨機軟件進行網平差后，3#最弱點點位中誤差±6 mm，最弱勢相對精度為1:297000，由此可見與傳統測量方法相比GPS測量成果精度高，實現全天候作業，測點布置少，測量基線長，而且不受地面遮擋物影響，但是在本次測量中發現，GPS測量時必須確保有效觀測衛星數量不低于4個，且不可重復建站，觀測點上方不可有成片障礙物。

5 結束語

通過應用高效的GPS測量技術，可有效提高礦山測量精度，縮短測量時間，減少了因測量誤差造成的煤礦安全事故，解決了傳統礦山測量時測點布置困難、測量精度低、受環境影響大等難題，打破了傳統礦山測量方法對礦山建設的約束。