GNSS技術在礦山工程測量中的應用研究

李桂芹

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊，山東 泰安 271000）

礦山工程測量是指在礦山建設過程中和開采運營階段，為滿足于礦山的規(guī)劃設計、勘探開發(fā)、生產(chǎn)運營和礦山報廢等需求而針對地層移動、地面沉降、巷道位移、礦山復墾等特征開展的一種測量工作[1]。在礦山開發(fā)之前進行工程測量，是保障礦山資源精準開采、開發(fā)效率最大化的基礎；在礦山開發(fā)階段進行工程測量，是為礦山安全生產(chǎn)提供信息，便于管理者對安全生產(chǎn)作出決策的重要依據(jù)，因而，其有著“礦山之眼”稱謂。

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，礦山規(guī)模不斷擴大，開采深度不斷增加，工程測量工作面臨的挑戰(zhàn)不斷升級，傳統(tǒng)的測量方法越來越難以滿足當今需求。

與此同時，我國工程測量技術也快速發(fā)展，尤其是露天礦山測量領域，已逐步為GPS、RTK等高效、快速、精準的測量手段所占據(jù)[2]。本文在對GNSS全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的技術原理和特點進行分析的基礎上，結合GNSS測量技術在礦山工程測量中的應用分析，向讀者系統(tǒng)展示了GNSS測量技術的優(yōu)越性，為今后GNSS測量技術在礦山測量工作廣泛應用提供了經(jīng)驗借鑒。

1 GNSS技術原理和特點分析

GNSS全稱全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，是由美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、歐洲的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)以及日本的MSAS多功能運輸衛(wèi)星增強系統(tǒng)等多個衛(wèi)星導航定位及其增強型系統(tǒng)所拼湊組成的大系統(tǒng)，是通過人造衛(wèi)星發(fā)送和接收空間地理信息，為全球提供全時段、高精度的地理坐標、速度與時間信息服務的無線電導航系統(tǒng)，是利用衛(wèi)星之間的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時間等信息進行精準測量和精準定位的技術方法。其工作原理是空間測距交會，是通過某一測量基準站的一個固定坐標為參考，采集4顆以上衛(wèi)星的三維空間坐標作比對，得到基準站與衛(wèi)星之間的差值，進而計算確定高精準的測量基站空間信息，其測試結果能夠精確到毫米級別，能夠有效提升測量的質(zhì)量[3]。具體的是，首先以地面主控站為基點，采集范圍內(nèi)各監(jiān)測站的觀測資料和氣象信息，然后，通過內(nèi)設系統(tǒng)計算采集的各衛(wèi)星的星歷表和衛(wèi)星鐘改正數(shù)，再通過注入站向GPS衛(wèi)星注入按規(guī)定的格式編輯導航電文。

用戶測量定位時，系統(tǒng)利用接收機的儲存星歷，初步計算出各衛(wèi)星的大致空間位置，然后，利用計算機選擇四顆范圍較廣的衛(wèi)星進行觀測，確定GNSS系統(tǒng)衛(wèi)星的空間位置坐標，進而精確解算衛(wèi)星測站的具體位置坐標。該方法能夠獲取豐富的導航信息，可以提高衛(wèi)星導航用戶的可用性、精確性、完備性、可靠性，與此同時，GNSS技術適應性強，無嚴苛的限制條件，操作簡便，兼容度較高，可極大的提升工程測量數(shù)據(jù)的收集與處理速度，應用領域廣闊、前景極大。目前，常用的GNSS接收機主要有：天寶R8系列、徠卡GS12、GS15系列、拓普康HiPer Ga/Gb系列、南方靈銳S86系列、S82c系列、中海達IRTK1代、IRTK2代等。

2 GNSS技術在礦山測量中的應用

目前，GNSS技術已廣泛應用于土地調(diào)查、地籍測量、地質(zhì)勘查、礦山測量等領域，其中，礦山測量中具有廣闊利用前景的領域主要體現(xiàn)在礦區(qū)大比例尺地形圖的測繪、礦區(qū)的變形監(jiān)測、露天礦區(qū)的控制測量、爆破鉆孔的放樣等。

2.1 礦區(qū)大比例尺地形圖的測繪

隨著礦山開采程度的不斷推進，尤其是機械化作業(yè)精細程度不足帶來的影響，礦山地形現(xiàn)狀的變化日新月異、且不可預測，需要不斷地對礦山地形進行補測、加密測量，才能滿足管理層做決策所需的信息。

然而，傳統(tǒng)的三角網(wǎng)控制測量方法具有操作要求高、人員配備多、工作量大、速度慢，且易受氣候環(huán)境等不利因素限制等缺點，應用上逐步捉襟見肘。GNSS測量技術僅需將基準站架設在礦山地形高點，一人操作流動站即可在開闊平坦的區(qū)域實行作業(yè)，三秒內(nèi)即可完成一個測量點的三維坐標數(shù)據(jù)的采集。回到室內(nèi)，測量人員僅需將數(shù)據(jù)導出，利用成圖軟件結合測量點編碼即可制作地形圖，這大大減少了測量工作者的工作量。正因為這高效簡便的操作流程，大大提高了大比例尺地形圖的更新率，為礦山管理層對礦山的各項建設進行實時管理提供了可能。

2.2 礦區(qū)的變形監(jiān)測

在礦山開采過程中，隨著開采深度不斷加大，地形相對高差逐步增大，邊坡數(shù)量不斷增加，出現(xiàn)崩塌的可能性不斷加大，與此同時，受采空區(qū)影響，礦山周邊地面出現(xiàn)塌陷的風險也不斷增加，開展礦區(qū)變形監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)安全風險并預警是避免重大安全事故發(fā)生，保證人員財產(chǎn)安全的有效手段。然而，變形監(jiān)測的各項指標往往需要達到毫米級或者亞毫米級的精度，這是傳統(tǒng)監(jiān)測方法所難以達到的。此時，建立由數(shù)據(jù)采集、傳輸和GNSS數(shù)據(jù)處理中心構成的GNSS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)長期穩(wěn)定監(jiān)視監(jiān)測點、無線傳送高精度監(jiān)測數(shù)據(jù)，全年連續(xù)對礦山變形進行觀測的目的，同時，GNSS數(shù)據(jù)處理中心可實時將觀測數(shù)據(jù)進行分析處理，預警超過限制的變形，為礦山管理者實時掌握礦山安全信息提供可能。

2.3 露天礦區(qū)的控制測量

傳統(tǒng)露天礦區(qū)的控制測量方法對測站點間的通視有著嚴格要求，同時，其還具有操作過程限差較多、工序復雜，精度難以實時掌控、測量周期較長等缺點，常常造成不必要的測量返工。在這種情況下，應用GNSS靜態(tài)控制測量技術結合一定的軟件處理（通常情況下，采用RTK即可），即可獲取控制點的平差坐標，就能完成對礦山高效率、高精度的控制測量，優(yōu)勢顯著。

2.4 爆破鉆孔的放樣

傳統(tǒng)的礦山爆破鉆孔的放樣多是利用全站儀的放樣功能進行的，這對觀測員于立鏡員間的配合程度、測站點與立鏡員之間的通視程度要求較高。在這種情況下，應用GNSS技術，僅需一個測量人員利用已導入爆破鉆孔坐標的GNSS移動站手薄即可準確地完成放樣工作，效率極高，且不受任何限制，優(yōu)勢限制。

3 結語

GNSS技術在礦山工程測量中的應用具有適應性強，無嚴苛的限制條件，操作簡便，兼容度較高，可極大的提升工程測量數(shù)據(jù)的收集與處理速度，可廣泛應用于礦區(qū)大比例尺地形圖測繪、礦區(qū)的變形監(jiān)測、露天礦區(qū)的控制測量、爆破鉆孔的放樣等領域。