耿榮才(云南省有色地質(zhì)局三一○隊(duì)，云南大理　671000)

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淺析GPS－RTK在礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量中的應(yīng)用*

耿榮才
(云南省有色地質(zhì)局三一○隊(duì)，云南大理671000)

摘要:介紹了GPS－RTK在礦山測(cè)量中的應(yīng)用，包括礦山控制測(cè)量、礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量、以及礦權(quán)拐點(diǎn)放樣。探討了利用GPSRTK進(jìn)行礦山測(cè)量的作業(yè)方法及礦權(quán)拐點(diǎn)放樣技巧。

關(guān)鍵詞:GPS－RTK;礦山控制測(cè)量;礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量;拐點(diǎn)放樣

0　引言

為加強(qiáng)采礦權(quán)的科學(xué)管理，規(guī)范礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)秩序，維護(hù)采礦權(quán)人的合法利益，通過(guò)開(kāi)展采礦權(quán)礦山開(kāi)采現(xiàn)狀實(shí)地測(cè)量工作，遏制違法開(kāi)采行為引發(fā)重特大事故發(fā)生，維護(hù)良好的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)秩序，大理州于2014年下半年啟動(dòng)了全州采礦權(quán)礦山開(kāi)采現(xiàn)狀實(shí)地測(cè)量工作，主要包含了礦山控制測(cè)量、礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量和礦權(quán)拐點(diǎn)放樣三項(xiàng)內(nèi)容。GPS－RTK技術(shù)相比傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，具有高精度、全天候、高效率、靈活性好，作業(yè)范圍相對(duì)較大，且控制點(diǎn)間無(wú)需通視等優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度地提高作業(yè)效率。因此，GPS－RTK成為礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量工程外業(yè)數(shù)據(jù)采集的首選設(shè)備。

1　GPS－RTK在礦山控制測(cè)量中的應(yīng)用

用GPS－RTK進(jìn)行礦山測(cè)量首先應(yīng)根據(jù)作業(yè)范圍確定GPS控制網(wǎng)的等級(jí)，可依據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》的規(guī)定，選擇相應(yīng)的控制等級(jí)進(jìn)行選點(diǎn)、埋石、組網(wǎng)觀測(cè)。對(duì)礦山測(cè)量首級(jí)控制網(wǎng)通常采用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，以保證達(dá)到相應(yīng)等級(jí)的精度。

1.1點(diǎn)位選擇要求

點(diǎn)位選擇要求:

1)控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在交通方便、便于長(zhǎng)期保存和使用便利的地方，便于安置儀器，點(diǎn)位周?chē)鷳?yīng)開(kāi)闊，視場(chǎng)內(nèi)障礙物高度角不宜超過(guò)15°。

2)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源200 m以上，通訊線和輸電線50 m以上。

3)點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的地物(如大型建筑物、大面積水域等)。

4)充分利用符合要求的已有控制點(diǎn)，并且考慮進(jìn)一步的聯(lián)測(cè)和將來(lái)的擴(kuò)展。

1.2外業(yè)觀測(cè)

根據(jù)控制點(diǎn)分布情況，制定組網(wǎng)方案和最佳觀測(cè)路線，以便提高觀測(cè)效率。觀測(cè)時(shí)有效衛(wèi)星4顆以上，衛(wèi)星高度截止角15°，采樣間隔10 s，同步觀測(cè)時(shí)間均大于60 min，平均重復(fù)設(shè)站率大于1.6，嚴(yán)格按操作規(guī)程安置GPS天線，對(duì)中誤差小于3 mm;在互為120°的天線三個(gè)位置量測(cè)天線高，當(dāng)互差小于3 mm取中數(shù)，同時(shí)做好觀測(cè)記錄。禁止在接收機(jī)附近50 m內(nèi)使用電臺(tái)，10 m內(nèi)使用對(duì)講機(jī)或手機(jī)。

1.3基線解算與網(wǎng)平差

GPS控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)選用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件GPSadj V4.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。首先打開(kāi)觀測(cè)數(shù)據(jù)文件，將周跳較大、粗差較大、記錄歷元較短的衛(wèi)星信號(hào)禁用，再進(jìn)行基線解算、閉合環(huán)檢核。若不合格，外業(yè)重新采集數(shù)據(jù)，直到同步環(huán)、異步環(huán)、重復(fù)基線合格后，再進(jìn)行網(wǎng)平差計(jì)算，求出各未知點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

以某礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量為例，考慮到2009年礦權(quán)核查時(shí)在該礦山所布設(shè)的控制點(diǎn)有一部分已遭破壞，根據(jù)礦權(quán)分布情況，新布設(shè)一個(gè)四等GPS控制網(wǎng)，共16個(gè)點(diǎn)，未知點(diǎn)數(shù)13，起算點(diǎn)為省C級(jí)網(wǎng)點(diǎn)L048、L073，L051三點(diǎn)。起算點(diǎn)采用的平面坐標(biāo)系和高程坐標(biāo)系分別為1980西安坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程系。外業(yè)觀測(cè)采用5臺(tái)中海達(dá)F61雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，第一組觀測(cè)5個(gè)點(diǎn)，以后每組只移動(dòng)3臺(tái)儀器，最后一組僅移動(dòng)2臺(tái)儀器，五組2天就完成整個(gè)控制網(wǎng)的觀測(cè)，并且每點(diǎn)僅須一人即可完成，極大地節(jié)約了人力物力。接收機(jī)在使用過(guò)程中一切正常，設(shè)備狀況和各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求。平差后得出各點(diǎn)三維坐標(biāo)，各項(xiàng)誤差均在規(guī)范允許的限差內(nèi)。

2　GPS－RTK在礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量中的應(yīng)用

進(jìn)行RTK作業(yè)前，先要進(jìn)行基準(zhǔn)站設(shè)置，待基準(zhǔn)站正常工作后再設(shè)置移動(dòng)站。設(shè)置基準(zhǔn)站的目的有兩個(gè):一是給基準(zhǔn)站位置信息，以供RTK的實(shí)時(shí)計(jì)算使用;二是給基準(zhǔn)站接收機(jī)和基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)載波相位觀測(cè)的指令。設(shè)置移動(dòng)站的目的是給移動(dòng)站接收機(jī)及內(nèi)置的電臺(tái)發(fā)出接收基準(zhǔn)站電臺(tái)信息的指令。

在RTK作業(yè)模式下基準(zhǔn)站和移動(dòng)站必須保持同時(shí)跟蹤至少5顆以上的衛(wèi)星，基準(zhǔn)站不斷地對(duì)可見(jiàn)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并把帶有已知點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)，借助電臺(tái)將其觀測(cè)值坐標(biāo)信息，發(fā)送給移動(dòng)站接收機(jī)，移動(dòng)站接收機(jī)將采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)和接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，求得待測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)(X，Y，Z)。

基準(zhǔn)站設(shè)置:新建項(xiàng)目、設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng):WGS－84坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系，投影輸當(dāng)?shù)刂醒胱游缇€102;轉(zhuǎn)換模型選擇:布爾莎7參數(shù)，輸入利用軟件計(jì)算得到的7參數(shù)，并保存。

移動(dòng)站設(shè)置:首先建立手簿與移動(dòng)站RTK的連接，連接成功后設(shè)置天線高，并檢查電臺(tái)頻道，確保與基準(zhǔn)站一致，待達(dá)到固定解后，在已知點(diǎn)上進(jìn)行“點(diǎn)校驗(yàn)”，先平滑采集校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，輸入目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算3參數(shù)(dx，dy，dh)，點(diǎn)擊應(yīng)用。選擇另一控制點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　檢核精度Tab.1 Accuracy check

從表2可以看出，只要在有效的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，正確合理地使用平差軟件計(jì)算的7參數(shù)，完全能夠滿足礦山測(cè)量的需求。

儀器設(shè)置完成后，按照《礦山開(kāi)采現(xiàn)狀實(shí)地測(cè)量工作相關(guān)要求》正常開(kāi)展各種測(cè)量作業(yè)，露天開(kāi)采部分主要測(cè)量礦山開(kāi)采工作面位置、采剝場(chǎng)形狀及范圍。測(cè)量對(duì)象主要為采剝場(chǎng)、采坑范圍、可確定的已采區(qū)及勘探淺井、探槽、平硐口和鉆孔位置等。應(yīng)全面測(cè)量采剝場(chǎng)范圍線，按區(qū)域、階段平盤(pán)測(cè)量露天礦山地形特征線的坐標(biāo)和高程。采掘工作面測(cè)量工作面延伸的兩個(gè)端點(diǎn)，有明顯轉(zhuǎn)折的需加測(cè)拐點(diǎn)，同時(shí)測(cè)定每個(gè)采剝場(chǎng)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高程，主要用于判斷礦業(yè)權(quán)人是否存在超高或超深開(kāi)采現(xiàn)象。采場(chǎng)范圍實(shí)測(cè)剝離場(chǎng)邊界拐點(diǎn)?？纱_定的已采區(qū)，實(shí)測(cè)其范圍并標(biāo)識(shí)。地理要素測(cè)量:礦區(qū)內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)的主要道路，實(shí)測(cè)中心線拐點(diǎn)，配合寬度表示。實(shí)測(cè)礦權(quán)范圍內(nèi)主要居民地、公路、鐵路、水系等標(biāo)識(shí)性標(biāo)志，每臺(tái)移動(dòng)站僅須一人便可完成相應(yīng)操作，當(dāng)多臺(tái)移動(dòng)站同時(shí)作業(yè)時(shí)、需要分工作業(yè)，做到不重不漏。對(duì)于地下開(kāi)拓工程(如平硐、豎井、斜井、采空區(qū)等)可用全站儀進(jìn)行測(cè)定。

3　GPS－RTK在礦權(quán)拐點(diǎn)放樣中的應(yīng)用

拐點(diǎn)放樣與礦山開(kāi)采現(xiàn)狀測(cè)量可以同時(shí)進(jìn)行，首先將礦權(quán)拐點(diǎn)輸入放樣點(diǎn)庫(kù)，并利用礦權(quán)拐點(diǎn)坐標(biāo)建一測(cè)區(qū)范圍，由于有些礦權(quán)面積較大，拐點(diǎn)之間相距較遠(yuǎn)，不必直接進(jìn)行放樣，那樣會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可在測(cè)定礦山開(kāi)拓工程和地理、地貌要素的過(guò)程中，當(dāng)移動(dòng)站接近礦權(quán)拐點(diǎn)時(shí)，再使用“點(diǎn)放樣”功能，根據(jù)提示可放樣出拐點(diǎn)位置。

當(dāng)多臺(tái)移動(dòng)站聯(lián)合作業(yè)時(shí)，可依就近放樣原則進(jìn)行(即誰(shuí)靠近誰(shuí)放樣)，只有這樣才能省時(shí)、省力。部分礦山由于拐點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，需要在拐點(diǎn)之間按一定的間距加設(shè)界樁，此時(shí)，可用“線放樣”功能，設(shè)置放樣線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，根據(jù)里程和偏距提示，完成加樁的測(cè)設(shè)。

4　結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，將GPS－RTK技術(shù)應(yīng)用在礦山測(cè)量中不僅能保證精度，還能提高野外工作的效率和降低生產(chǎn)成本。

[參考文獻(xiàn)]

[1]肖學(xué)年，岳建利，張鵬，等.GB/T 18314—2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]南方測(cè)繪儀器公司.GPS數(shù)據(jù)處理軟件操作手冊(cè)[K].4版.廣州:南方測(cè)繪儀器公司，2005.

[3]南方測(cè)繪儀器公司.工程之星3.0用戶手冊(cè)[K].1版.廣州:南方測(cè)繪儀器公司，2010.

Application of GPS－RTK in Present Mining Situation Surveying

GENG Rong-cai
(310 Team of Yunnan Bureau of Geology for Nonferrous Metals，Dali Yunnan 671000，China)

Abstract:In this paper，the application of GPS-RTK in mine surveying was introduced briefly，including the mining control surveying，present mining situation surveying，and setting-out of the mining rights' inflection points.The working methods of mine surveying carried out by using GPS-RTK and the setting-out techniques of the inflection points were also studied.

Key words:GPS-RTK; mine control surveying; present mining situation surveying; setting-out of inflection points

作者簡(jiǎn)介:耿榮才(1969～)，男，云南大理人，工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)繪生產(chǎn)和管理方面的工作。

*收稿日期:2015－01－04

文章編號(hào):1007－9394(2015)02－0049－02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):P 228.4; TD 175