探析GPS技术在煤矿测量中的应用

胡双虎

（中国神华神东煤炭集团三道沟煤矿，陕西 榆林 719407）

一、GPS技术

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

GPS就是利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。运用GPS测量可以实时、精确的取得地质管理的基本数据。GPS测量虽然有很多优越性，但在实际的地质测绘中还是出现了很多不足。GPS系统能够精确定位是因为能对卫星和接收器之间的距离进行准确的计算，在地质测绘中，信号要通过地质层，地质层不是真空状态，信号就会受到干扰，进而影响定位的精确度。在地质测绘的工程测量控制点上，受到地质坐标的影响GPS测量的精确度也会出现误差。

二、GPS技术在煤矿测量中的应用

（一）GPS技术在煤矿测量中的应用的重要性

煤矿企业是我国的基础能源企业，煤矿企业的安全生产与我国的经济发展密切相关。煤矿测量主要包括矿井联系测量、矿块施工和采场验收测量、井下控制测量、矿区路线测量、采剥工程测量、矿山移动的观测测量等。煤矿测量工作是一项重要的技术基础工作，关系到整个煤矿的开采和矿区的安全。在传统的煤矿测量工作中，测量方法和测量工具都比较落后，测量效率低、精确度也不高，所需工作人员比较多，测量程序比较复杂。例如在对矿区的地形图测量的时候，常常采用小平板、电子手簿、外业电子平板、全站仪等侧图软件来测图，在运用这些方法之前，要确定各个测量点是通视的，保证测量人员在测站上测量周围地形地貌的时候，都能够看到彼此。用这样的测量方法和测量工具不仅需要很多工作人员来操作，还需要有严格的测点，需要多部门的配合，这就降低了煤矿测量的精确度和测量效率。GPS全球定位系统具有能提供全球统一的地心坐标、定位精度高、观测时间短、测站之间无需通视等特点，因此被广泛的应用到包括煤矿测量的各种工程地质的测量当中。利用GPS全球定位系统，可以减少人力；煤矿各个测量站之间可以通视，节省了观测所要测量地形、地貌的时间；GPS全球定位系统定位精度高，提高了煤矿测量的精确度。总的来说，利用GPS全球定位系统可以有效的节约煤矿测量工程的时间，节省煤矿测量所用的人力成本和经济资源，提高煤矿测量的工作效率。

（二）GPS技术在煤矿测量中的具体应用

1 利用GPS全球定位系统布设煤矿近井控制网

煤矿井筒是矿井中煤矿主要的运输渠道，因此对于井筒精确度的要求要高于其他的巷道贯通工程。为了确保新建矿区主副斜井的精确贯通，需要利用GPS全球定位系统在新建矿区地表上建立地面近井控制网。要严格的按照GPS全球定位系统的相关操作规范对煤矿井筒进行测量，根据测量数据，建立网络结构和井筒位置建网的方案，然后根据建网方案完成布设煤矿近井控制网。

2 设计煤矿测量区的GPS控制网

GPS控制网宜以边连接为主，并以点连接相辅助，这样的话既可以减少工作量，又可以达到多榆核的目的。GPS控制网的设计一般选用3个约束点的近似长方形带状的煤矿区，其中，两个约束点应该分布在带状煤矿区的两侧，一个约束点位于测量矿区的中心。这样的设计的网型有利于较准确地推算出煤矿测量区的坐标换算参数，也有利于以后煤矿区控制网的扩展和连接。

3 运用GPS全球定位系统选择测量地点并进行埋石

严格的按照《全球GPS定位系统测量规范》来选择GPS控制点。首先所选控制点要便于安装、操作接受设备。其次控制点还必须是开阔的地方，以方便GPS全球定位系统工作，该控制点一般选择在被测卫星高度角大于15°的地方。第三，要保证煤矿测点与无线电发射源之间的距离大于400m。第四，选择GPS控制点的时候要避免大面积的水域或者其他的干扰卫星信号接受的物体。

利用GPS全球定位系统选择测量地点之后要进行埋石。在采矿勘探规划设计中，三角点的标石一般是用混凝土掺入石料灌制而成，标石的灌注过程就是埋石。首先要选择适合埋石的混凝土材料，然后按照地面测点的相关规格，使用规范的模具在地面的测量点上进行浇筑；在浇筑的过程中需要使用特定的钢钉对其进行加固。最后在混凝土筑成的水泥板顶部凿上原点作为标石的标记，完成埋石工作。

4 利用GPS全球定位系统进行数据观测和采集

要严格的按照数据接受器的相关操作规范进行数据观测操作，当接收器完成记录之后，需要专门的观测员认真核对接收卫星的数量、定位结果的信息，并及时的填写好各种测量项目的数据。数据采集就是通过GPS全球定位系统中的传感器和其它待测设备，自动采集非电量或者电量信号,并送到上位机中进行分析和处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。在利用GPS全球定位系统进行数据采集的时候，数据采集系统置于被监控的设备处，通过传感器对设备的电压或者电流信号进行采样、保持，并送入A/D转换器变成数字信号，然后将该信号送到FIFO中。当FIFO中存放的数据到了一定数目时，由ARM7从FIFO中读出，然后通过ARM7的以太网接口或者RS232送给上位机，之后经过上位机进行分析和处理，得出测量采集的数据。

结语

综上所述，GPS也就是全球定位系统，它是随着现代科学技术的发展而兴起的一种新的精密卫星导航定位系统。GPS全球定位系统具有能提供全球统一的地心坐标、定位精度高、观测时间短、测站之间无需通视等特点，因此被广泛的应用到各种工程地质的测量当中。煤矿的测量工作关系到整个煤矿的开采和矿区的安全，因此要把GPS全球定位系统应用到煤矿测量的工作中，提高测量的精确度，保证矿区安全，提高煤矿企业的效益。

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