在矿山地形控制测量中GPS的应用探索
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摘要：近年来，越来越多的先进技术应用于矿山开采，其开采中用到最多的是全球卫星定位系统，也是我们常说的GPS，因为矿产常常埋于深山之中，而GPS给施工队伍快速开采挖掘提供了优良的条件，本文深入研究了GPS在矿山山区的控制测量中的应用，总结了它在控制测量中的优越性与实用性等问题。
关键词：GPS定位系统；矿山地形；控制测量；原理
一．GPS系统的组成
全球定位系统（GPS）这一概念来源于美国，是应用于军事领域的卫星导航定位系统，GPS全球定位系统由两大部分组成：空间卫星群与地面监控系统。除了两大部分，测量用户还应有备有卫星接收器。GPS的用户部分由GPS接收机，数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其主要用途是接收GPS卫星发出的信号，利用收集到的信号进行导航定位。随着现代的科学技术的发展，GPS定位装置向体积小、质量轻便于携带的方向发展，其高精度的技术指标为矿山控制测量带来了很大的方便。比如说，现在在控制测量中使用较多的快速静态定位的定位装置，可称之为GPS全站仪或者称之为实时动态测量（RTK），其高精度的技术指标为主要有：双频主机、天线，RTK电台一体化；内置双锂电池，不间断切换电源可以连续工作10 h以上；5次/秒的快速位置更新，轻便高速的GPRS数据链作业模式；静态测量精度平面为±2.5 mm+l×10―6，高程为±5 mm+l×10―6；RTK测量精度平面可为1 cm+1×10―6，高程为2 cm+l×10―6这些技术指标充分满足了控制测量的精度要求。
GPS在测量中的应用，有以下几个：
第一，观测站之间不需要通视，这样可使点位的选择变得十分方便。同时也减少了测量工作的重负与降低经费和时间的消耗。
第二，定位精度高。在小于50km的基线上，其相对精度可以达到IPPm―ZPPm，随着基线的加长，其定位相对精度就越高。这样的精度是一般测量手段很难达到的。
第三，观测时间短。利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同，一般为lh～3h。为了进一步缩短观测时间，提高作业速度，近年来发展的短基线(不超过20k间快速相对定位法，其观测时间仅需数分钟)。
二．GPS的工作原理
GPS系统是根据一种距离后方交会点实现卫星导航定位的。在需要待测的位置Q点架设GPS接收机，在某一特定的时刻一起接收了分别位于A，B，C的3颗GPS卫星所发出的信号，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离AQ，BQ，CQ，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置(三维坐标)，从而用距离交会的方法求得Q点的三维坐标：
AQ=(X―X1)2+(Y―Y1) 2+(Z―Z1) 2；
BQ=(X―X2) 2+(Y―Y2) 2+(Z―Z2) 2；
CQ=(X―X3) 2+(Y―Y3) 2+(Z―Z3) 2。
三．GPS控制网的布设和控制网的外业观测
1．布网的原则
GPS网的布设必须满足国家规范要求，同时也要以满足工程设计及施工的规划需要，根据矿山的具体地理情况，布网需按实际需要合理布设，点位分布基本均匀，且相邻GPS点间距需满足规范要求，且基线长度相差不要过大，以保证至少有一个与相邻的GPS通视，因为在山高坡陡、森林茂密、灌木丛生，地形平均坡度达25度左右，通行通视非常困难，给常规控制测量带来了很大难度。因此一定要达到一定精度，防止不同时段、不同精度的点，对网平差成果的影响。实地选点时，要避开建筑物、树林等障碍物的影响，以使得卫星截止高度不小于15度。
2．GPS控制网的组成与外业观测
GPS网由20个点组成，其中含固定点5个，重合检查点2个．新布设15个GPS四等点，网形的结构特征为：总点数20个．三边形闭合环总数41个，基线48，外业观测我们严格按照四等GPS静态测量的技术要求作业。观测时间安排在每天的最佳时段进行，且仪器必须严格对中，整平。每天观测结束后，立即下载数据，确保数据的完整性。
2．1观测的技术指标
(1)有效观测卫星数不小于4颗；(2)观测时段大干60min；(3)时段中任一卫星的有效观测时间大于20min；(4)卫星高度截止角大干l 5°；(5)卫星几何图形因子GDOP值小于6，空间位置；(6)精度因子PDOP值小于6；7)数据采集间隔为15sI(8)数据采集方式为L1采集。
2．2观测时间选择
在进行矿山山区的控制测量中，应当根据卫星星历的预报，接收4颗以上健康卫星信号，且PDOP值都必须小于6。为了保证在最佳时间内进行观测，每天安排在5：30―9：30这段时间进行作业，以确保GPS网的精确度，保证控制测量的正常进行。
3．数据处理与核算
(1)工程概况将外业当天采集的数据传输到计算机：在矿山测量中，施工技术人员应当对矿山周围的具体情况以及矿山开采的安全系数都有所了解，之后才能开始的矿山1：1 000带状地形测量工程，在矿山的山区的测量区中，必须先进行基线的向量处理，以确保外围控制网布设作业数据的质量，既保证测量数据的准确性，又对外业数据质量的检验起到保障作用。
(2)想要了解基线的解算情况需根据自动处理输出的基线向量指标为基准。作业过程中，有一天发现同步环闭合差超限，这是点位置选择不当所致。山区GPS作业中值得注意的是个别点位的调整，比如4号点选在5号点山脊的北面，6号点选在5号点山脊的南面，这样同步环上各测点观测到的卫星不同步，。
(3)详细记录观测数据：在外业观测工作中，所有信息资料均须妥善记录。记录形式主要观测记录和测量手簿。应记载观测过程中发生的重要问题，问题出现的时间及其处理方式等。必须认真，及时填写，竖决杜绝事后补记或追记。接收机内存数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。如控制测量中的卫星截止高度角为150度。采样空间间隔时长为5秒。观测时段的长度必须大于45分钟。外业观测中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份，分别保存在专人保管的防水，防静电的资料箱内。
四．总结
GPS被应用于山区控制测量中的控制网，具有布网灵活方便、作业效率高等特点，同时也可保护生态环境，减少了砍伐树木，具有长远发展的积极意义。为了不影响GPS测量精度，选点应须避免在大树下、坡度大的山脊山坡上、陡坎下面。对山区选点则需注意不要使同步环中一个点在山脊一边，另一个点在山脊另一边或者是一个在狭窄的山沟里，另一个在山头上。对提高GPS测量精度起着决定性的作用的还有观测时间的选择。总的来说，GPS在技术上受到了条件的限制，但是与常规测量技术相比，GPS定位技术应用在矿山的控制测量中在速度、效率、质量、操作，还有其他的适应能力等多方面比较而言，GPS具有无可比拟的特点。
参考文献：
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