矿山GNSS技术应用现状调查

方冰

云南省个旧市云南锡业集团（控股）有限公司卡房分公司   661000

【摘 要】随着科学技术的快速发展，测绘设备和方法也越来越多样化，GNSS技术的发展则是其中最为主要的一项内容。GNSS是全球卫星导航系统的统称，目前，在各个行业得到了广泛的应用，在测绘行业更是引起了很多传统的理论和设备变革。本文主要对其在矿山测绘中的应用现状进行调查，探讨GNSS带来的技术变革。

【关键词】GNSS GPS 矿山测绘 效率 应用

1、引言

GNSS是（Global Navigation Satellite System）全球卫星导航系统，是对北斗系统、GPS、GLONASS、Galileo系统等这些单个卫星导航定位系统的统一称谓，也就是说它是由多个卫星导航定位及其增强型系统所拼凑组成的大系统， GNSS是以人造卫星作为导航台的星级无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天候、高精度的位置、速度和时间信息，因为它又称为天基定位、导航和授时系统。

2、GNSS的现状

GNSS全球卫星导航系统中，四大影响比较大的全球卫星系统，欧盟的Galileo和我国的北斗系统由于近几年才完成组网，影响还小，美国的GPS和俄罗斯GLONASS系统是长期以来仅有的两种GNSS。虽然GLONASS是两种系统中较为可靠的一种，但因为历史的原因该系统年久失修，GPS反而成为全球最普遍使用、认知度最高的GNSS系统，并且到目前的情况仍旧如此。由于GNSS的定位原理都是一样的，各国的卫星系统技术参数也差别不大，本文以GPS为例，介绍GNSS在矿山建设中的应用。

社会和经济的快速发展也为现代测绘技术带来了更多的机遇和挑战，GPS测绘技术有着很多的优势，因此其在工程领域中的地位也日渐重要。GPS测绘技术与传统的测绘相比，有着较大程度的改进和提升，并且其在实际应用过程中，有着较高的精准度和测量效率。另一方面，其在工程测绘的应用过程中，通过与计算机技术的结合，实现了测量程度的简化，从而降低了GPS测绘技术在实际操作过程中的专业性要求，进一步推动了其市场化的发展。目前，GPS的外业已经可以通过简单的培训就可以满足工作要求。

在测绘工程中，利用GPS实现静态测量是其最基本的应用，进而可以利用GPS测绘技术实现对渠道、堤坝、阀门的控制，而高级的应用则是利用GPS与RTK技术的有效结合，实现动态定位，以此增强工程测绘数据的精确性，促进工程测绘领域的持续发展。

由于GPS技术具有效率高、使用方便、精度高、便于验证等优点，使其在各种测量工作中得到广泛地使用，并在很大程度上已经取代了传统工程测量技术，成为当前测绘工作人员进行工程测量工作中必须掌握的基础性技术。本文在对GPS测绘技术的主要特点及测量实施过程分析的基础上，探讨GNSS测绘技术在矿山测量中的应用，并提出相应的注意事项和未来的发展前景。

3、GPS测绘技术概述及其特点

（1）准确性

GPS测量技术的定位准度高，假如采用GPS测绘技术进行300-1500m的工程定位测量，如果保持测量时间在1h以上，基线的定位精度可达5mm+1×10-6.D，D为基线长度（km）。与传统的测绘技术相比，其准确性是无可比拟的。

（2）操作简单性

GPS测量技术操作简便，进行GPS测量工作时操作员只需在旁监视仪器工作状态，大大减轻可工程测量的劳动强度。操作的简单性主要体现在GPS测绘技术在与其他类型的技术相结合之后，其工程应用的操作方法在一定程度上得到了降低，比如其与计算机技术的有效结合，使得操作人员能够利用软件对其进行控制，简化操作的同时也减少了人工操作中存在的误差，更利于精准度的提升。

（3）应用广泛

GPS测量技术具有应用范围广的优点，GPS能够测量三维坐标，提供速度和时间等信息，因此GPS测量技术在大地测量、工程测量、控制测量、海洋测绘和水下测绘等领域可以得到广泛的应用。

（4）高效性

GPS测量技术的速度快，对于无论是静态定位还是实时动态定位，GPS实时动态定位技术的观测时间只用几秒钟，这可以大大提高GPS测量工作的效率。

（5）全天候性

GPS测量技术具有全天候工作的优势，GPS测量技术可以在任何时间、任何地点进行测绘工作，扩大了测量工作的范围和时间。科学技术不断发展的时代环境下，GPS测绘技术在各个领域中得到了较为广泛的应用，并且其通过与电子科技软件的相结合，使得实际工程应用过程中的观测效率有了很大程度的提升。

4、GNSS系统在矿山建设中的应用

目前，GPS测绘已经在建筑工程、铁路工程、水利工程等工程测绘领域中获得广泛的应用，本文重点介绍GPS测绘技术在矿山测量中的应用，具体应用在以下几个方面：

4.1控制导线网点的测量

测量控制点是所有测量工作的基础，对于矿山测量也是这样，由于地面控制点经常大量被破坏，采用传统的测量技术已经日益无法满足现代测图的要求。利用传统的技术测图不仅会遇到转点多，误差容易累计，还会造成时间和人力的浪费，使资源没有得到最大限度的利用。因此，在现实中经常采用静态GPS测量进行控制导线点的测量，在矿山经常采用国家C级或D级点进行加密静态GPS点，在实际操作中需要在这几个方面尤其注意。

1、选点

为了使卫星信号有所保证，减少无效观测，在监测站的选择上要选择那些视野比较开阔，最好是高度角有十五度以上的，不要有成片的遮挡物和障碍物的区域，比如高层建筑。在监测站的大面积选择上最好是远离平静的水面，一些大功率的无线电信号的发射源、山坡和高压输断线等一些信号反射物，这样可以来消除和削弱多路径的误差。另外，为了方便观测，还需要考虑一些地质条件比较好和交通便利的因素，这些都是重要的考虑因素，为了方便以后的使用，一般把点位敷设在公路旁边。

2、布网

静态GPS基线，是根据等级的需求和国家规范和测量标准，一般按照测量任务和规范来决定等级的。网型可以采用多种形式，较多采用的是多形边网，多形边网具有很大的优点，比如工作量会相应减少很多，节约了时间和人力，只需要对多边形的边数进行控制就可以，而且多边形网具有一定的几何强度。这种观测作业的方式，就是在观测时对相邻的同步的图形之间进行单边连接，这样一来，当有仪器共同作业时，就会观测到一定时段的一个数据，有很好的作业效率和图形强度。

3、外业观测

在已经选好的观测点上安装好一定的GPS接收机，这样采取的观测是分为两个时段的，观测一小时后到第一时段告一段落，再检查对中、整平的再次测量，量取天线高和开机前所取得天线高作比较，两次比较的高度误差不能大于3mm。

当前阶段中，GPS测绘技术已经完全取代了常规技术方法建立起到大地控制网。静态GPS的优势在于 测量站点之间不需要通视，因此，在点位的选择方面自由度很高，方便灵活操作，精准度高，能够进行全天候的作业， GPS测量技术容易操作，所需要观测的时间短。

伴随着GPS测量技术的发展和完善，静态的GPS相对测量只需要30min左右的时间，动态的GPS定位技术则更短，只需要几分钟甚至数秒钟的时间即可以实现高达厘米级，甚至是毫米级的精确度，具有极高的工作效率。

4.2 矿山地形、地物的测绘

地形、地物测量是测绘中的一项基本工作，也是矿山测量的一项基本工作。传统的地形测绘主要采用经纬仪、平板、全站仪等仪器进行测量。利用GNSS中的RTK技术可以大大的减轻劳动强度，特别是对于较为复杂的尾矿库水系地形和测量环境，该类型的工程测绘是测绘工作长期以来的重大难题。但是随着GPS测绘技术在工程测绘中的广泛应用，使得了其便捷性和准确性都有了较大程度的提升。而GPS测绘技术在水下地形测绘中的应用，通过测深仪、终端接收设计以及差分GPS接收机等仪器间的相互配合，构建起了有机的水下测绘体系，从而在大比例尺下的水下地形测绘工作中得到了较为广泛的应用，并且能够较高的体现出水下地形的具体情况。

RTK在地形、地物测量中具体应用

（一）确定起始点  在测量工作开始前首先要确定已知点和开始点。利用GPS测量确定起点主要是为了查对已有点和已知点之间的关系和可靠性。此外，它可以通过四参数或者七参数确立了GPS参考坐标系和地方国家坐标系之间的重要联系。减少了传统的方法需要计算过程，可以利用RTK设备进行现场坐标转换。测量员不需要查看WGS-84坐标及转换各种坐标系统，可以直接在需要的坐标系下工作。

（二）野外测量的方法  野外测量时RTK设备可以依据观测的位置，在快速动态下及时运算系统坐标，并直接在设备的数据记录仪上记录。计算坐标点之间的角度和距离也可以直接运用RTK设备计算，并将它们与基本图进行比较，以确定它们是否一致，这大大提高了工作效率。

然而RTK设备十分依赖于卫星和网络，所以在高楼林立的地区、山区或者彩钢瓦房比较多的地方，RTK设备可能失去信号，导致设备没有办法正常工作。在卫星和网络信号不好的地方测量有很多办法，在矿山比较常用解决办法有：

一 图解法

以一条或多条与待测物平行的基线边为基准，通过测量各待定点到基线上相应点位的垂直距离来进行定位。这个也是测量中常用的方法，通过在有信号地方测量的基线来定位需要测量的地形、地物。

二 延长线法

通过待定点延长线方向测定两个有信号的点位和它们之间的距离来定位待定点。这个方法是图解法的一种简化应用，对于测量精度要求不高的点很方便。

三 十字中心线法

十字方向线法是利用两条互相垂直的方向线相交得出待测设点位的一种方法。在待定点上没有信号的时候，我们可以通过两条交叉的、近似垂直的十字线定位待定点。

四 基站法

对于比较大的区域，如果信号差，我们可以在经过检测点之上的基站安装一台GPS接收设备，便可以实现在该区域内的现场测绘。通过无线电传送的方式，可以将GPS测绘结果及时传递到信息接收站。观测现场的流动站在接收来自不同发送站的信息的同时，也可以依靠基站传输的数据进行定位，这时基准站及流动站将该数据与本身观测到的数据进行差分解算，从而得到两观测站之间的相对位置，解算出流动站所在位置的三维坐标并实时存储和输出。

4.3 施工导线点和水准点的测定

测图和放线，是矿山测量最日常的工作。通常，工程项目的设计单位会给出导线点的坐标和高程，这些导线点的坐标和高程是没有经过实地的考察的，和实地误差较大，不够精确，经常给工程的施工带来很大的影响。如果是采用RTK技术来确定导线点的坐标和高程，能够通过RTK接收机接收RTK卫星传回来的信号，测量、计算出精确的各转点的坐标和高程。在施工中运用RTK技术来确定导线点的坐标和高程，能够确保工程测量的质量，以协调建筑工程施工的进度。

4.4 山体滑坡、尾矿库变形监测

矿山工程建设中经常会遇到人为原因或者地壳运动而造成的建筑物位移，称之为工程变形，其变形类型有地面工程的变形、资源开采地区的地表沉降和围堰大坝的变形等，这类变形通常都会造成巨大的经济损失和人员伤亡。

变形问题是部分大型建筑工程建设和使用过程中较为常见的问题，造成该项问题的原有可能有人为原因和地质因素等等。GPS测绘技术在工程变形监测中的应用，主要采用三维技术原理对建筑物的变形量进行实时监控，并针对监测过程中存在的主要问题技术采取有效措施进行补救处理。例如GPS测绘技术在山体滑坡、尾矿库变形监测中的应用，通过在滑坡体或坝体上安装信息接收装置，并随后通过计算机对滑坡体或坝体的实际偏移和变形量进行计算，从而制定出相应的解决方案、保证坝体的安全。

5、GNSS技术的使用注意事项和发展前景

5.1 应用的注意事项

GNSS测绘技术在进行测量点选择时，主要应保证设备安装的快捷性以及视野的开阔性，同时应避免其不会受到电磁信号的干扰。虽然GNSS测绘技术在工程测绘中有着较多的优点，但是在对其进行使用的过程中，首先使工程的选点满足条件，主要应选择在视野开阔、便于进行装备安装以及避开高层建筑物且交通便利的地区，随后还应按照相关要求进行标石的埋置。

其次，在测量点确定以后，还应建立起相应的测量标志，以便于为后期工作的顺利开展提供便捷性服务，具体可以采用埋置标石的方式。

再次是外业观测实施时，应做好相应的技术规范工作，在严格遵守技术规范的基础上，提升观测质量。作为确保外业观测准确性的关键性资料，在观测任务完成后应正在第一时间对搜集到的数据资料进行检验。同时对数据资料进行严厉审核，从而确保信息的准确性。

最后应进行的就是数据的分析和处理工作，该阶段的工作主要是依靠计算机进行的，在数据分析和处理完成后，应对其观测结果进行检测，最为常用的监测手段为外业检测，其能够有效的保证最终的测量质量和精准度。

5.2  GNSS测绘技术的未来发展前景

GNSS测绘技术对于当代工程测绘领域来说，无疑相当于一场技术性革命，GNSS测绘技术在当前已有的传统测量理论技术上，不但没有受制于传统的工程测绘方法，并在此理论基础上进行了相关的改革，确保了测绘工作的快速性和高速性。在未来的测绘技术领域中，GNSS测绘技术会面向着智能化和全面化的方向发展，对GNSS测绘技术应用的方法也将更为方便和灵活。相信随着社会经济的不断发展以及科学技术的不断进步，GNSS测绘技术将有着更为广阔的应用空间和未来发展前景。

6、结束语

随着科学技术的快速发展，GNSS测绘技术在矿山测绘工作中有着十分广泛的应用前景，而且在提高测绘结果的精确性和准确性方面都有着显著的优势。需要注意的是，在应用GNSS测绘技术的过程中，要将其测量结果有效的运用到矿山测绘工作中，才能充分发挥其作用。GNSS测绘技术的不断完善，对于促进我国测绘工程的持续发展，有着重要的意义。

参考文献:

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[2]薛会元.浅析GPS测绘技术在工程测绘中的应用[J].科技与企业,2014.

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