GPS技术在矿山测量应用的分析研究

闫志强

（西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 古交 030200）

GPS技术具有测量精度高、受气候环境影响小、测点布置方便以及实用性强等优点，打破了传统测量工艺的局限性，保证了矿山测量高效开展。为进一步提高GPS测量技术实际应用效果，必须掌握GPS测量原理，对GPS技术在矿山测量中存在的问题进行分析并采取有效应对措施。

1 GPS技术原理及优点

1.1 技术原理

GPS系统在测量应用中主要包括以下三部分：基准站、流动站以及数据链。基准站接收装置安装在三维地心地坐标系的参考点上，然后接收每个测点的GPS信号源，并通过第三部分站点将测点坐标、载波相位的观测值、伪距观测值等数据传输至流动站，再经过流动站精密计算得出测量结果。

1.2 优点

（1）仪器操作简单。与传统矿山测量技术相比，GPS测量技术中设备操作简单，测量人员具有基本的测量技术即可完成GPS设备相关操作。

（2）测点不受障碍物影响。GPS测量中测点位置选择不需要考虑地面障碍物影响，在无需通视的情况下即可完成各项测量工作。

（3）提高了矿山测量工作效率。GPS测量时一般只需三人即可完成，通过信号接收、传输、计算即可得出准确的测量数据，与传统测量方法相比，缩短了测点布置、人工测量及计算时间。

（4）测量精度高。矿山测量中采用的双频GPS接收机精度通常为5mm +1ppm，在长度为500km左右基线上测量精度可达到12×10-7m。

（5）实时测量。GPS技术可实时测量，不受气候、环境以及空间位置的限制。

2 GPS技术在矿山测量中应用

2.1 在矿山控制测量中应用

（1）控制测量是矿山测量中一项重要分支，传统的矿山控制测量技术主要通过布置若干个控制点建立控制网，从而限制测量误差累计的作用，为其他各项测量工作精准、高效开展提供必需的坐标参照。但是传统测量技术在进行控制点布置时受气候条件、施工环境、测区障碍物等影响较大，加大了测量工作中内业工作量，而且测量精度低，误差大。

（2）GPS技术在矿山控制测量中应用时，主要采用的是静态差分定位技术，利用GPS接收机对测区内多个控制点进行差分精准定位，并可对不同测量精度进行差分调整。该技术可有效提高矿山控制测量精度，降低作业人员劳动强度，缩短内外业测量时间，同时在测量过程中无需考虑地形变化、气候条件以及障碍物阻挡等，测量时更加灵活、简便。

2.2 在矿山地形测量与施工中应用

（1）对于面积大且地形相对复杂的矿区（如大同矿区、淮南矿区等），在煤矿建设施工时必须对整个矿区地形、地貌进行全面测定，传统测量方法是利用航空摄影技术获得航拍照片后进行解读，然后采用测量仪器再进行补测，采用该方法受环境影响大，且测量任务繁重，需多次返工补测，测量工作效率低。

（2）GPS技术在矿山地形测量与施工中主要是利用实时差分技术手段，建立便捷的测量体系，然后通过静态基站以及若干个控制点，对覆盖整个矿区的空间坐标系进行建立，然后通过卫星、基站设备、流动站接收设备进行测量数据接收处理，从而实现高效、低误差测量作业。

2.3 在矿山测量数据采集中的应用

（1）在矿山测量中GPS技术主要利用系统内部传感器对各种电量信号、非电量信号进行采集，并及时将采集信息存储在信息存储器中，从而为后期数据分析、计算提供准确信息。

（2）利用GPS技术对矿山测量进行数据采集时，在监控设备区域安装数据采集器，同时利用A/D转换器对采集的电流信号源进行处理，转换成数字信号。待所有信号转换完成后再将数字信号发送至ARM7芯片内，最终通过以太网将数据发送至上位机，从而完成数据采集任务。

2.4 在其他测量工作中应用

（1）作业面野外调查中应用。利用GPS定位仪可在野外对作业面位置精准定位，对作业面上覆岩层形态及变化情况进行测定，并能根据作业面生产情况提供实时作业信息。与传统拉尺测量相比，具有工作量小、测量时间短、劳动作业强度低等优点。

（2）矿山生态环境监测。受矿井开采影响地表出现沉陷区，为了保证地表建设及井下生产安全，必须对沉陷区采用测量技术手段进行实时监测，传统测量方法主要利用全站仪进行驻点测定，但是采用该方法进行沉陷区测量时很容易受地形地貌、测点数量、测点分布等限制，测量难度大，精度低。而利用GPS技术可降低控制点布置难度，提高测量效率且缩短监测作业的工作强度。

3 GPS技术在矿山测量中存在的问题

（1）控制点位置选择问题。GPS技术主要是利用卫星及地面接收机进行信号传递、接收、计算处理等，从而得出精确的测量结果，所以接收机能够稳定快速接收相应的卫星信号是保证测量高效开展的前提。但是在实际矿山测量中受建筑物、矿山以及地表大型物体等阻挡，很容易削弱卫星信号，造成测量结果失真。所以在控制点位置选择时，尽量避开遮挡物及电磁干扰物，对控制点信号接收角度及接收时间进行相应调整，确保卫星信号接收连续、稳定。

（2）坐标系统一问题。我国矿山测量中控制点主要采用的是BJ-54坐标系统和国家80坐标系统，而采用GPS技术时采用的是WGS-84坐标系统，两种坐标系统存在差异，很容易造成测量结果存在误差。所以在矿山测量中为了保证测量结果精准、有效，在利用GPS技术时必须对坐标参数进行合理转换。

（3）测量误差问题。采用GPS技术进行矿山测量时，主要通过接收的信号所用时间以及波速，从而计算出接收机与卫星之间距离，然后采用空间距离后方交会的方法确定接收机位置。但是在实际矿山测量时卫星信号在接收过程中存在多种误差源，主要体现在卫星误差、信号传播误差以及接收设备误差等，从而影响着测量精度。所以为了减少误差源对测量精度的影响，应采取相应措施削弱误差源，同时应对测量数据进行误差分析、建立数据模型、测量数据时段控制以及处理结果精准度评估等。

4 实际应用分析

西山煤电股份有限公司西曲矿位于古交市汾河北岸，由于该矿区附近山体陡峭，地面大型建筑物较多，为了满足测量需要，决定采用GPS技术进行矿山控制测量，控制网采用边相连接的形式。本次测量中联测已知点共计3个（A、B、D点），GPS点9个（1#～9#点），基线平均长度为420m。测量时采用三台型号为天宝5700GPS接收器以及天线各3台，测量时间选择在上午7:30～10:30之间，观测的每一个时段时间为70min，观测数据采样时间间隔为15s。

通过本次GPS矿山控制测量控制网平差及成果评价分析可得，采用GPS V5.2随机软件进行网平差后，3#最弱点点位中误差±6 mm，最弱势相对精度为1:297000，由此可见与传统测量方法相比GPS测量成果精度高，实现全天候作业，测点布置少，测量基线长，而且不受地面遮挡物影响，但是在本次测量中发现，GPS测量时必须确保有效观测卫星数量不低于4个，且不可重复建站，观测点上方不可有成片障碍物。

5 结束语

通过应用高效的GPS测量技术，可有效提高矿山测量精度，缩短测量时间，减少了因测量误差造成的煤矿安全事故，解决了传统矿山测量时测点布置困难、测量精度低、受环境影响大等难题，打破了传统矿山测量方法对矿山建设的约束。