GNSS技术在矿山工程测量中的应用研究

李桂芹

（山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队，山东 泰安 271000）

矿山工程测量是指在矿山建设过程中和开采运营阶段，为满足于矿山的规划设计、勘探开发、生产运营和矿山报废等需求而针对地层移动、地面沉降、巷道位移、矿山复垦等特征开展的一种测量工作[1]。在矿山开发之前进行工程测量，是保障矿山资源精准开采、开发效率最大化的基础；在矿山开发阶段进行工程测量，是为矿山安全生产提供信息，便于管理者对安全生产作出决策的重要依据，因而，其有着“矿山之眼”称谓。

近年来，随着我国国民经济的快速发展，矿产资源产业发展迅速，矿山规模不断扩大，开采深度不断增加，工程测量工作面临的挑战不断升级，传统的测量方法越来越难以满足当今需求。

与此同时，我国工程测量技术也快速发展，尤其是露天矿山测量领域，已逐步为GPS、RTK等高效、快速、精准的测量手段所占据[2]。本文在对GNSS全球导航卫星系统的技术原理和特点进行分析的基础上，结合GNSS测量技术在矿山工程测量中的应用分析，向读者系统展示了GNSS测量技术的优越性，为今后GNSS测量技术在矿山测量工作广泛应用提供了经验借鉴。

1 GNSS技术原理和特点分析

GNSS全称全球导航卫星系统，是由美国的全球卫星定位系统、欧洲的伽利略卫星导航系统、俄罗斯的GLONASS全球卫星导航系统、中国的北斗卫星导航系统以及日本的MSAS多功能运输卫星增强系统等多个卫星导航定位及其增强型系统所拼凑组成的大系统，是通过人造卫星发送和接收空间地理信息，为全球提供全时段、高精度的地理坐标、速度与时间信息服务的无线电导航系统，是利用卫星之间的伪距、星历、卫星发射时间等信息进行精准测量和精准定位的技术方法。其工作原理是空间测距交会，是通过某一测量基准站的一个固定坐标为参考，采集4颗以上卫星的三维空间坐标作比对，得到基准站与卫星之间的差值，进而计算确定高精准的测量基站空间信息，其测试结果能够精确到毫米级别，能够有效提升测量的质量[3]。具体的是，首先以地面主控站为基点，采集范围内各监测站的观测资料和气象信息，然后，通过内设系统计算采集的各卫星的星历表和卫星钟改正数，再通过注入站向GPS卫星注入按规定的格式编辑导航电文。

用户测量定位时，系统利用接收机的储存星历，初步计算出各卫星的大致空间位置，然后，利用计算机选择四颗范围较广的卫星进行观测，确定GNSS系统卫星的空间位置坐标，进而精确解算卫星测站的具体位置坐标。该方法能够获取丰富的导航信息，可以提高卫星导航用户的可用性、精确性、完备性、可靠性，与此同时，GNSS技术适应性强，无严苛的限制条件，操作简便，兼容度较高，可极大的提升工程测量数据的收集与处理速度，应用领域广阔、前景极大。目前，常用的GNSS接收机主要有：天宝R8系列、徕卡GS12、GS15系列、拓普康HiPer Ga/Gb系列、南方灵锐S86系列、S82c系列、中海达IRTK1代、IRTK2代等。

2 GNSS技术在矿山测量中的应用

目前，GNSS技术已广泛应用于土地调查、地籍测量、地质勘查、矿山测量等领域，其中，矿山测量中具有广阔利用前景的领域主要体现在矿区大比例尺地形图的测绘、矿区的变形监测、露天矿区的控制测量、爆破钻孔的放样等。

2.1 矿区大比例尺地形图的测绘

随着矿山开采程度的不断推进，尤其是机械化作业精细程度不足带来的影响，矿山地形现状的变化日新月异、且不可预测，需要不断地对矿山地形进行补测、加密测量，才能满足管理层做决策所需的信息。

然而，传统的三角网控制测量方法具有操作要求高、人员配备多、工作量大、速度慢，且易受气候环境等不利因素限制等缺点，应用上逐步捉襟见肘。GNSS测量技术仅需将基准站架设在矿山地形高点，一人操作流动站即可在开阔平坦的区域实行作业，三秒内即可完成一个测量点的三维坐标数据的采集。回到室内，测量人员仅需将数据导出，利用成图软件结合测量点编码即可制作地形图，这大大减少了测量工作者的工作量。正因为这高效简便的操作流程，大大提高了大比例尺地形图的更新率，为矿山管理层对矿山的各项建设进行实时管理提供了可能。

2.2 矿区的变形监测

在矿山开采过程中，随着开采深度不断加大，地形相对高差逐步增大，边坡数量不断增加，出现崩塌的可能性不断加大，与此同时，受采空区影响，矿山周边地面出现塌陷的风险也不断增加，开展矿区变形监测，及时发现安全风险并预警是避免重大安全事故发生，保证人员财产安全的有效手段。然而，变形监测的各项指标往往需要达到毫米级或者亚毫米级的精度，这是传统监测方法所难以达到的。此时，建立由数据采集、传输和GNSS数据处理中心构成的GNSS自动化变形监测系统可实现长期稳定监视监测点、无线传送高精度监测数据，全年连续对矿山变形进行观测的目的，同时，GNSS数据处理中心可实时将观测数据进行分析处理，预警超过限制的变形，为矿山管理者实时掌握矿山安全信息提供可能。

2.3 露天矿区的控制测量

传统露天矿区的控制测量方法对测站点间的通视有着严格要求，同时，其还具有操作过程限差较多、工序复杂，精度难以实时掌控、测量周期较长等缺点，常常造成不必要的测量返工。在这种情况下，应用GNSS静态控制测量技术结合一定的软件处理（通常情况下，采用RTK即可），即可获取控制点的平差坐标，就能完成对矿山高效率、高精度的控制测量，优势显著。

2.4 爆破钻孔的放样

传统的矿山爆破钻孔的放样多是利用全站仪的放样功能进行的，这对观测员于立镜员间的配合程度、测站点与立镜员之间的通视程度要求较高。在这种情况下，应用GNSS技术，仅需一个测量人员利用已导入爆破钻孔坐标的GNSS移动站手薄即可准确地完成放样工作，效率极高，且不受任何限制，优势限制。

3 结语

GNSS技术在矿山工程测量中的应用具有适应性强，无严苛的限制条件，操作简便，兼容度较高，可极大的提升工程测量数据的收集与处理速度，可广泛应用于矿区大比例尺地形图测绘、矿区的变形监测、露天矿区的控制测量、爆破钻孔的放样等领域。