淺談GPS技術在煤礦測量中的應用

1、淺談GPS技術在煤礦測量中的應用         摘要：煤礦的測量工作對礦山安全生產(chǎn)起著重要作用，由于GPS全球定位系統(tǒng)由于其具有定位精度高、測站間無需通視、觀測時間短、 能提供全球統(tǒng)一的地心坐標等特點，使其相對于常規(guī)的測量方法具有無可比擬的優(yōu)勢，而廣泛應用于煤礦測量中。本文根據(jù)GPS的特點，淺談了GPS技術在煤礦測量中的應用。關鍵詞：GPS 煤礦測量 外業(yè)觀測 數(shù)據(jù)處理 RTKAbstract: The measurement of coal mine plays an important role for mi

2、ne production work , with the global positioning system (GPS) with the performance of higher precision and between stations without the sight, the short observation time, and global unified geocentric coordinate characteristics etc. It made that the measuring methods feature incomparable advantage,

3、and widely use in coal mine in measurement. In this paper, according to the characteristics of the GPS, it will discuss the GPS technology in coal mine under the measurement of the application.Key Words: GPS; coal mine measurement; field observation; data processing; RTK 1、引言煤礦生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)與我國經(jīng)濟的發(fā)展息息相關。

4、而煤礦礦井的測量工作是煤礦生產(chǎn)建設的一項重要的技術基礎工作。在我國不管是以前的老礦井還是新建礦井，都必須嚴格按照我國相關規(guī)定來進行礦井測量工作，以保證我國煤礦業(yè)的生產(chǎn)安全進行，并保證煤炭資源能夠充分合理地利用。 以前在煤礦測量中用常規(guī)測量方法測量不但效率低，而且所需要的作業(yè)人員也比較多。在測地形圖時，過去常采用小平板測圖、 外業(yè)電子平板測圖,電子手簿和全站儀配合利用大比例尺測圖軟件來測圖, 但是這些方法都要求在測站上測其四周的地形地貌等碎部點,而且要求測站與這些碎部點都通視, 并且一般要求至少 2 3人操作。而采用 GPS- RTK時, 只需1個人操作儀器,在要測量的地形地貌碎部點觀測大概5秒

5、鐘,就可以通過手簿實時知道點位精度。而且在測量時并不要求測站點與碎部點間通視,從而大大提高了工作效率。2、GPS基本定位原理完整的GPS由空間部分、地面控制系統(tǒng)和用戶設備三部分組成。在GPS的觀測中，衛(wèi)星發(fā)射導航電文和測距信號，通過導航電文我們可獲得衛(wèi)星的位置信息，可得到衛(wèi)星與接收機質檢的距離，利用3顆衛(wèi)星，以及通過三維坐標中的距離公式，可以列出3個方程式，利用距離交會法算出觀測點的三維坐標（X,Y,Z）。由于接收機時鐘與衛(wèi)星的時鐘之間存在著誤差，事實上有X、Y、Z和鐘差四個未知數(shù)。為了更加精確地獲得觀測點的經(jīng)緯度和高程，在實際中我們一般引入第4顆衛(wèi)星，從而形成4個方程式進行求解。由于接收機通

6、常可以鎖住四顆以上的衛(wèi)星，一般把衛(wèi)星分成若干組按照星座分布，每組四顆，通過算法然后選出誤差最小的一組來定位，從而能提高精度。3、工程概況某煤礦礦區(qū)規(guī)劃面積約為41.54 km2。該礦區(qū)內地表植被稀疏，形狀近似L型，坡度為3%，東高西低，東西走向長8km，北高南低，南北寬 3.5 7.0 km，最低海拔為950 m，最高海拔為1160 m，相差210m。在煤礦范圍內實施控制測量，主要以滿足煤田中的地質勘查工作需要。4、地形測繪4.1 測量依據(jù)以及已有的測量成果地形測繪的作業(yè)依據(jù)主要有地質礦產(chǎn)勘探測量規(guī)范( GB/T18341- 2001)6、全球定位系統(tǒng) ( GPS )測量規(guī)范( GB /T 1

7、8314- 2001)7。該煤礦附近有1個III等國家等級點， 2個IV等國家等級點。其中1個III等國家等級點和一個IV 等國家等級點為等水準IV高程，其高程、平面精度都較好。測量成果高程為1985 年國家高程基準，平面為1980年西安坐標系統(tǒng)。帶號31，三度分帶，中央子午線為93度。以上國家等級點中心標石通過實地踏勘完好。         4.2 GPS外業(yè)觀測數(shù)據(jù)采集GPS外業(yè)觀測是GPS網(wǎng)測量的重要環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中采集到得數(shù)據(jù)是內業(yè)處理、平差計算以及解算GPS點成果的重要依據(jù)，所以外業(yè)觀測的質量對控制網(wǎng)的

8、精度有著直接的影響。在外業(yè)觀測中需要注意必須要嚴格按照在規(guī)定的時間要同步接收同一組衛(wèi)星。天線的圓水準氣泡在測量時必須要居中，而且天線要盡量與標志中心的垂線方向重合，如果觀測時用的是尋常鋼標，要盡可能的架低天線的支架，但是不得低于0.5m。 在這次控制網(wǎng)觀測中使用的三臺單頻 GPS 接收機是美國天寶 Trimble 公司生產(chǎn)的，采用已知坐標點作為參考點來確定另一塊段點的坐標， 采用靜態(tài)定位技術測量，在同步作業(yè)圖形之間采用邊連接方式構網(wǎng)。為順利接收衛(wèi)星信號起，儀器必須架低，但不能低于0.5m。在儀器架好后，用尺子量取天線高，并且兩次誤差不超過 3mm，然后填寫記錄手簿上的記錄項目，其中包括測站名、

9、天線高、作業(yè)員姓名、 開始和結束信號接受時間等。在測量時，儀器需同時開機，開機1小時后，接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號已經(jīng)充滿儀器，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)完成。 4.3 內業(yè)處理白天外業(yè)采集數(shù)據(jù)后，晚上要及時將測得的數(shù)據(jù)進行內業(yè)處理，以免影響成圖的準確性或返工重測。完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，要及時將原始數(shù)據(jù)文件拷貝出來，保存在防磁、防水、防電的地方。并把標簽貼制在存儲介質外面，注明測區(qū)網(wǎng)名、采集日期和文件名。在結束外業(yè)觀測后，要及時評定觀測質量。比如相鄰點之間的弦長標準差應符合規(guī)范以及設計規(guī)定（規(guī)程允許小于或等于14mm ）兩個時段同一條邊觀測互差比儀器標稱精度的2倍要小，并且計算同一時段觀測值的數(shù)據(jù)的剔除率要小于10%

10、。數(shù)據(jù)處理主要采用隨機軟件 Trimble Geometics Office 中文版。數(shù)據(jù)處理的內容主要有：（1）對外業(yè)數(shù)據(jù)進行全面檢查，進行編輯、整理、加工整理，進行平差處理，其中GPS 網(wǎng)由獨立基線向量觀測值組成。（2）在各站平差的基礎之上，計算各 GPS 點在WGS-84 坐標系中的空間三維坐標。（3）把各GPS點的 坐標從WGS-84 坐標系中轉換到北京-54 坐標系。在平差計算完后，把以下信息輸出打印出來，其中包括：時段起止時刻和持續(xù)時間、觀測值的數(shù)量、數(shù)據(jù)剔除率等信息；各測站的基本信息； 平差計算起算數(shù)據(jù)，采用的平差方法及坐標系統(tǒng)；平差值的精度，平差結果；在平差計算時采用的先驗約束

11、條件，先驗誤差。5、結語與傳統(tǒng)的測量技術相比，采用GPS-RTK進行圖根點布設和碎步點測量,定位精度高、操作簡便、觀測時間短, 不僅降低了外業(yè)觀測強度，而且減少了內業(yè)計算工作量。但在實際的測量工作中，還存在一些不足，由于衛(wèi)星狀況、控制點的限制、天空環(huán)境影響等多種因素影響，有很多特殊情況不能單純依靠GPS來完成測量任務，需要配合其他儀器進行測圖，從而大大提高測圖進度和速度。作者簡介：姓名:翁宜軍 性別: 男 職稱: 助理工程師1983年出生，2005年7月畢業(yè)于陜西能源職業(yè)技術學院工程測量專業(yè)，2005年8月到開灤集團趙各莊礦業(yè)有限公司地測科參加工作至今，現(xiàn)任測量隊長。參考文獻：黃谷根，肖紅華.測繪新技術在礦山測量中的應用與發(fā)展J.礦業(yè)快報.2007.車延國,張鳳琴.九道嶺煤礦貫通測量方案設計與新方法研究J.測繪工程.2008.3金克,宋曉東.提高礦井貫通測量精度的思考J.內蒙古煤炭經(jīng)濟.2004,(5).4于沛.GPS 定位和陀螺定向在大型貫通測量中的應用J,太原科技,2005