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简述矿山测量中GNSS技术的实际应用

2020-06-04 599 上传者：管理员

摘要：GNSS测量技术是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等进行测量的技术方法，具有适应性强、无严苛的条件限制、不受障碍物影响、兼容度较高等特点，可极大地提升工程测量数据的收集与处理速度，在矿山控制测量、建设工程及地形测量、生态环境破坏监测等方面具有广泛的应用前景。文章在对GNSS技术原理和特点进行分析的基础上，结合GNSS技术的矿山测量应用情况，旨在为今后各矿山测量工作提供方向。

关键词：
GNSS
应用方向
矿业工程技术
矿山测量
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矿山测量是指在煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等矿山施工建造过程中和运营管理阶段进行的一种测量工作，其工作重点是定期对地层移动、地面沉降、巷道位移、矿山复垦等进行测量，以满足矿山的规划设计、勘探开发、生产运营和矿山报废等需求。近年来，随着测量技术的不断发展，矿山测量方法先后经历了地基无线电导航、传统大地测量、天文测量导航定位、卫星导航定位等阶段，测量工作朝着高效、快速、精准方向高速发展。文章在对GNSS技术原理和特点进行分析的基础上，结合GNSS技术的矿山测量应用情况，旨在为今后各矿山测量工作提供方向。

1、GNSS技术原理和特点分析

GNSS提供全时段、全天候、全方位、高精度的位置与速度及时间等信息服务的卫星定位系统。首先以地面基准站为基点，通过内设系统采用静态差分定位技术对测区内多个控制点进行差分精准定位，再通过注入站向GNSS卫星注入按规定的格式编辑导航电文。用户测量定位时，系统利用流动站的储存星历，初步计算出各卫星的大致空间位置，然后利用计算机选择4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，进而精确解算流动站的具体位置坐标。该方法能够获取丰富的导航信息，具有高效性（仅需3人即可作业，缩短了在测点布置、人工测量与计算时间方面的时间）、精确性（测量精度通常可达5mm+1ppm）、实时性（不受气候、环境以及空间位置的限制）、实用性（设备操作简单，测量人员只需基本的测量技术即可完成GNSS设备相关操作）。与此同时，GNSS技术适应性强，无严苛的条件限制，不受障碍物影响，兼容度较高，可极大地提升工程测量数据的收集与处理速度，应用领域广阔，前景良好。

2、GNSS技术在矿山测量中的应用

2.1 矿山测量的应用方向

2.1.1 在控制测量中的应用

矿山控制测量的目的是为各阶段矿山测量工作提供高精度基准点与坐标参考系统，为矿山规划设计、勘探开发提供先决条件。GNSS技术在矿山控制测量中的应用主要是利用GNSS提供的无须通视各导线点的静态差分定位技术进行测量，再通过接收机对控制点进行差分定位，然后通过接收机的差分定位时间调整，达到精准测量的目的。相比于采用导线测量的传统矿山测量方法，GNSS测量技术具有不受到地形条件、天气变化、构建筑物以及误差积累的影响，较高的控制精度等优点，并且对测量条件和控制点选点的要求相对更低，因此，将GNSS技术应用在矿山测量中具有更大的市场。

2.1.2 在建设工程及地形测量中的应用

针对于金属、非金属、能源性矿区普遍具有测量范围大、地形地貌复杂等情况。采用GNSS的实时差分技术，构建由静态基站与至少3个控制点的矿山控制坐标系，通过接收机采集其与基准站以及卫星间的空间数据，再通过内置系统拟合计算，从而准确得出观测点的坐标信息，快速且简便。与之相对应的是，在以往的测量工作中，常常是先对全矿区进行一次航拍，以全面了解矿区，然后采用测量仪器对整个矿区进行点对点的测量成图，工作量极大，且测量速度难以满足业主要求，与此同时，矿山是一个持续开采的变化过程，以上方法难以实时对矿区进行掌控。因此，GNSS技术在建设工程及地形测量中具有组织灵活、作业高效、精度高等特点，极具推广价值。

2.1.3 在生态环境破坏监测中的应用

随着人类活动的加剧，生态环境逐步恶化，常常出现地面沉陷、地裂缝等地质环境问题。利用GNSS提供的无须通视各导线点的静态差分定位技术进行测量，能够快速对沉降区域的范围、深度等情况进行测量，具有工程量小、方便且精度高的特点。相对的是，以往常常是采用全站仪对其进行沉降观测，严重受到地形地貌、控制点数量的影响，常常难以满足监测需求。

2.2 矿山测量的具体步骤

2.2.1 收集资料

充分收集工作区已有各类资料，包括大地点位置、水准点成果、坐标转换参数、高程异常改正值、接收点个数与位置、矿区的社会经济等方面资料、气象条件资料、各种比例尺地形测绘图、与矿区有关的各类专业性图件，如矿区交通图、矿区行政区划图、矿区开拓工程平面布置图、矿区的建筑分布图等。

2.2.2 测区踏勘

观测矿区的地形地貌、地质环境、交通条件、气象水文、通讯与供电等条件，尤其掌控对GNSS测量有影响的诸如高压线、无线电发射台站等干扰因素分布情况；现场核对矿区已有的三角点、导线点、GNSS点等大地点以及水准点，确定基准站位置，会同业主确定测区边界位置。

2.2.3 GNSS仪器检验

检查仪器是否配备接收机天线，确保仪器箱及其配件相匹配，核查仪器各部位齐全无损且外观良好，检查电源信号灯正常工作，检查按键和显示系统正常工作，利用自测试命令对接收机接收信号强弱、锁定卫星数据快慢和卫星失锁等情况进行测试，确保上述各环节正常。然后开机进行试测量，观察各通道上跟踪的卫星高度角和方位角、采集的连续观测值个数与全部观测值、计算出的经纬度、接收机内部噪音水平、天线相位中心稳定性、光学对点器、蓄电池的充电度等情况是否正常。只有上述各环节检验合格后方可投入使用。

2.2.4 设定基准点

首先确定矿区的平面坐标系统与中央子午线，一般采用国家大地坐标系统。然后确定2处基准点，基准点一般选择空旷的固定建筑处，重点考虑地基稳定性、是否易于长期保存，对安全作业是否有利、在设置GNSS仪器和现场操作等方面的适宜性、视野开阔情况（目标明显、周围无视角≥15°的成片障碍物）等情况。再利用华测X90型网络动态GNSS仪在该基准点上接收卫星信号，测定控制点平面坐标与高程。

2.2.5 建立独立平面坐标网

在基准点的基础上使用GNSS仪采用三角网、单三角形、附合导线网、星型网等多种形式建立独立平面坐标网，其中应确保每个GNSS控制点应有2个或2个以上通视方向。

2.2.6 数据处理

首先对外业提供的所有成果进行全面检查和验收，同时统计偶然误差和系统误差所占比例，计算分析同一时段数据观测值的数据剔除率（应不大于10%）。然后采用双差相位观测值和三差相位观测值进行基线解算，在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。最后进行基线解算的质量检验，确保由同一种数学模型的基线解，三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不应超过规范值。

3、结语

GNSS测量技术是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等进行观测量的技术方法，具有适应性强、无严苛的条件限制、不受障碍物影响、兼容度较高等特点，可极大地提升工程测量数据的收集与处理速度，在矿山控制测量、建设工程及地形测量、生态环境破坏监测等方面具有广泛的应用前景。相信在不久的将来，GNSS测量技术将在矿山的规划设计、勘探开发、生产运营和矿山报废方面起到更为重要的作用。

参考文献：

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