矿山测量中GPS技术应用与优势探索

刘建威

（淮安市测绘勘察研究院有限公司，江苏 淮安 223000）

随着社会进步与时代发展，人类活动离不开各种能源。矿产资源作为现今被开发最多、规模最大的能源，如何高效率地探索、开采成为行业内热点问题之一。GPS技术的大规模应用使得这个问题迎刃而解，随着GPS技术体系进一步的更新，矿产测量工程的效率也随之提高。

1 GPS技术原理特点概述

1.1 GPS技术的工作原理

GPS统称全球定位系统，由地面控制部分的地面监控系统、用户接收设备的GPS信号接收机以及空间控制部分的GPS卫星星座三大硬件设备组成[1]。在GPS反应的整个环节又可以细分为三小部分：基准站、数据链、流动站。

（1）GPS的定位原理。常规情况下，大部分人类活动所用到的GPS技术称为单点定位，精确度在100m范围内。由于矿山测量需要极高的精准度与同步性，我国行业内目前采用的GPS技术称为差分定位，精确度控制在10m以内而且在数据传输过程中不存在任何误差。

（2）GPS导航原理。卫星根据经纬的变化采用物理计算目标加速度、行程等，同时通过设备的地图预载环节，将数据链反映到相应设备的相同地图上。实现GPS技术导航需要一块定位模块，利用四颗卫星定位一个点的基本原理，将得到的经纬度数据传输给相关电子设备。

（3）GPS测量原理。卫星发射卫星信号对目标进行监测，将数据传达给相应设备进行计算，得出计算结果反映到互联网外网。考虑到目标主体的环境安全因素与岩层水域对于卫星信号接收机的影响，在矿山测量等重要工程的大部分情况下，我国行业内采用更加精准的GPS-RTK技术，或者实地无人机三维倾斜摄影技术进行现场勘查。

1.2 GPS技术的优势与劣势

（1）GPS技术的优势。全天候优势：通过卫星信号的传输无视地球上天气、地形、气候等环境因素影响。高精度优势：GPS采用实时相位差分界面，可以及时获取无误差的精准数据信息。减少辅助测量工作：GPS技术能够一次性测量大范围、多角度工作，避免了陆地上大型电子设备搬动现象；通过自动化控制可以避免人工无限制地浪费在记录数据与监测上。

（2）GPS技术的劣势。内存需求大：GPS采用实时数据更新技术，在储存空间中切换地图要求内置空间更高。封闭空间影响：当目标处于地下或封闭空间内，GPS无法通过卫星监测进行计算，甚至无法进行定位。高程异常值影响：在我国海拔度较高的地方，由于当地设备建设网的不足，接收机无法灵敏接收、转化数据链，极其容易丢失固定的双差值，从整体上降低了精准度。

2 GPS技术在矿山测量中的实践应用

2.1 GPS控制网的应用

在对目标进行数据观测与计算之前，运用GPS技术将目标设为T0梯度主体，采用边缘相对误差与边缘相接方式对目标进行网状测量控制，通过控制网格的疏密得出误差系数，能有效保障测量目标的精确度与人工经济节省。

2.2 埋石点坐标的状况

埋石点等同于测量点坐标，在卫星对埋石点进行简单的数据观测时，利用GPS控制网的技术基础，进行合理、灵活地选点坐标进行埋石，可以有效节省人力物力。

2.3 全天候监测工作

在搭建GPS技术控制网后，利用空间广阔性特点精确定位埋石坐标，卫星可全天候无视天气因素进行实时动态追踪、观测。工作人员可在室内或者相对适宜的环境中对数据链进行自拟定加密、分析、归纳。

2.4 矿产资源的平面寻找

由于金属矿产磁场对于GPS的影响以及卫星无法观测井下岩层，使得GPS技术无法确切、精准地构建地下矿产资源地形。通过这一特性结合地质学资料绘制高精度△T化极上延200m垂向二阶导数等值平面图，在GPS技术无法勘查或发生异常状况下，该区域可能存在磁铁矿蚀变带，这对寻找磁铁矿体等金属矿体均有一定的积极意义。

3 GPS技术体系的进一步研究应用

3.1 无人机三维倾斜摄影技术的原理

结合GPS技术加载地图信息以及声像资料，使用外业采集、内业处理的方式合成最终结果。具体流程概述如外业采集分为多视角影象与POS数据，添入埋石控制点数据交由内业处理图像的几何校正，将数据链递进区域网内联合评差后，进行多视角影像匹配，再经过DSM生成合成三维建模，也有跳过三维建模进行真正射纠正步骤，最终得出DSM、DOM、TDOM、矢量数据、三维建模等3D数据库成果。

3.2 无人机三维倾斜摄影技术的应用

通过无人机三维倾斜摄影技术，可以在相关电子设备上同步更新、实时追踪矿山开采进度与矿山工程挖土方量的不同阶段数据。固定翼无人机与倾斜摄影相机的设备拆卸结合，使得经济成本大大降低。

3.3 GPS-RTK技术的应用

（1）GPS-RTK技术的原理。在GPS技术原理的支持下，衍生出RTK作业分支。其原理指在基准站上一台接收机对应一台或多台流动站单频接收机，通过同一时间、同一卫星发射信号，流动站接收机对基准站中转、卫星发射两种载波相位观测值实时进行差分处理。

（2）GPS-RTK技术的应用。矿山地形测绘是矿山测量工程重要组成成分，但在开采矿山的过程中，测量图纸往往难以实现图纸本身的现实性原则。利用GPS-RTK技术，实时更新、追踪工程进度，对确保当地生态环境不受到破坏具有重大意义。

4 结语

近年以来，通过GPS技术的应用，大大降低了我国矿山测量的难度。在我国进一步开发GPS技术体系的过程中，无人机航空遥感摄影技术与GPS-RTK技术被大力推广。秉承GPS技术体系的优点，无人机航空遥感摄影技术与GPSRTK技术保持了同步实效性、定位精准性、观测多角度、高效低耗性等诸多优点，为矿山工程的测量做出重大贡献。