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(huán)境影響小、測點布置方便以及實用性強等優(yōu)點，打破了傳統(tǒng)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(yōu)點

1.1 技術原理

GPS系統(tǒng)在測量應用中主要包括以下三部分：基準站、流動站以及數(shù)據(jù)鏈?；鶞收窘邮昭b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(shù)據(jù)傳輸至流動站，再經(jīng)過流動站精密計算得出測量結(jié)果。

1.2 優(yōu)點

（1）儀器操作簡單。與傳統(tǒng)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(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(wǎng)，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(tǒng)測量技術在進行控制點布置時受氣候條件、施工環(huán)境、測區(qū)障礙物等影響較大，加大了測量工作中內(nèi)業(yè)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(tài)差分定位技術，利用GPS接收機對測區(qū)內(nèi)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(diào)整。該技術可有效提高礦山控制測量精度，降低作業(yè)人員勞動強度，縮短內(nèi)外業(yè)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(qū)（如大同礦區(qū)、淮南礦區(qū)等），在煤礦建設施工時必須對整個礦區(qū)地形、地貌進行全面測定，傳統(tǒng)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(huán)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(tài)基站以及若干個控制點，對覆蓋整個礦區(qū)的空間坐標系進行建立，然后通過衛(wèi)星、基站設備、流動站接收設備進行測量數(shù)據(jù)接收處理，從而實現(xiàn)高效、低誤差測量作業(yè)。

2.3 在礦山測量數(shù)據(jù)采集中的應用

（1）在礦山測量中GPS技術主要利用系統(tǒng)內(nèi)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(shù)據(jù)分析、計算提供準確信息。

（2）利用GPS技術對礦山測量進行數(shù)據(jù)采集時，在監(jiān)控設備區(qū)域安裝數(shù)據(jù)采集器，同時利用A/D轉(zhuǎn)換器對采集的電流信號源進行處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。待所有信號轉(zhuǎn)換完成后再將數(shù)字信號發(fā)送至ARM7芯片內(nèi)，最終通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機，從而完成數(shù)據(jù)采集任務。

2.4 在其他測量工作中應用

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

（2）礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。受礦井開采影響地表出現(xiàn)沉陷區(qū)，為了保證地表建設及井下生產(chǎn)安全，必須對沉陷區(qū)采用測量技術手段進行實時監(jiān)測，傳統(tǒng)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(qū)測量時很容易受地形地貌、測點數(shù)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(jiān)測作業(yè)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(wèi)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(jié)果，所以接收機能夠穩(wěn)定快速接收相應的衛(wèi)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(wèi)星信號，造成測量結(jié)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(diào)整，確保衛(wèi)星信號接收連續(xù)、穩(wěn)定。

（2）坐標系統(tǒng)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(tǒng)和國家80坐標系統(tǒng)，而采用GPS技術時采用的是WGS-84坐標系統(tǒng)，兩種坐標系統(tǒng)存在差異，很容易造成測量結(jié)果存在誤差。所以在礦山測量中為了保證測量結(jié)果精準、有效，在利用GPS技術時必須對坐標參數(shù)進行合理轉(zhuǎn)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(wèi)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(wèi)星信號在接收過程中存在多種誤差源，主要體現(xiàn)在衛(wèi)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(shù)據(jù)進行誤差分析、建立數(shù)據(jù)模型、測量數(shù)據(jù)時段控制以及處理結(jié)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(qū)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(wǎng)采用邊相連接的形式。本次測量中聯(lián)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(shù)據(jù)采樣時間間隔為15s。

通過本次GPS礦山控制測量控制網(wǎng)平差及成果評價分析可得，采用GPS V5.2隨機軟件進行網(wǎng)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(tǒng)測量方法相比GPS測量成果精度高，實現(xiàn)全天候作業(yè)，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(fā)現(xiàn)，GPS測量時必須確保有效觀測衛(wèi)星數(shù)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(jié)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(tǒng)礦山測量時測點布置困難、測量精度低、受環(huán)境影響大等難題，打破了傳統(tǒng)礦山測量方法對礦山建設的約束。