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浅谈GPS技术在煤矿测量中的应用 摘要煤矿的测量工作对矿山安全生产起着重要作用，由于GPS全球定位系统由于其具有定位精度高、测站间无需通视、观测时间短、 能提供全球统一的地心坐标等特点，使其相对于常规的测量方法具有无可比拟的优势，而广泛应用于煤矿测量中。本文根据GPS的特点，浅谈了GPS技术在煤矿测量中的应用。 关键词GPS 煤矿测量 外业观测 数据处理 RTK Abstract The measurement of coal mine plays an important role for mine production work , with the global positioning system GPS with the perance 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 s feature incomparable advantage, 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 煤矿生产企业的安全生产与我国经济的发展息息相关。而煤矿矿井的测量工作是煤矿生产建设的一项重要的技术基础工作。在我国不管是以前的老矿井还是新建矿井，都必须严格按照我国相关规定来进行矿井测量工作，以保证我国煤矿业的生产安全进行，并保证煤炭资源能够充分合理地利用。 以前在煤矿测量中用常规测量方法测量不但效率低，而且所需要的作业人员也比较多。在测地形图时，过去常采用小平板测图、 外业电子平板测图,电子手簿和全站仪配合利用大比例尺测图软件来测图, 但是这些方法都要求在测站上测其四周的地形地貌等碎部点,而且要求测站与这些碎部点都通视, 并且一般要求至少 2 3人操作。而采用 GPS- RTK时, 只需1个人操作仪器,在要测量的地形地貌碎部点观测大概5秒钟,就可以通过手簿实时知道点位精度。而且在测量时并不要求测站点与碎部点间通视,从而大大提高了工作效率。 2、GPS基本定位原理 完整的GPS由空间部分、地面控制系统和用户设备三部分组成。在GPS的观测中，卫星发射导航电文和测距信号，通过导航电文我们可获得卫星的位置信息，可得到卫星与接收机质检的距离，利用3颗卫星，以及通过三维坐标中的距离公式，可以列出3个方程式，利用距离交会法算出观测点的三维坐标（X,Y,Z）。由于接收机时钟与卫星的时钟之间存在着误差，事实上有X、Y、Z和钟差四个未知数。为了更加精确地获得观测点的经纬度和高程，在实际中我们一般引入第4颗卫星，从而形成4个方程式进行求解。由于接收机通常可以锁住四颗以上的卫星，一般把卫星分成若干组按照星座分布，每组四颗，通过算法然后选出误差最小的一组来定位，从而能提高精度。 3、工程概况 某煤矿矿区规划面积约为41.54 km2。该矿区内地表植被稀疏，形状近似L型，坡度为3，东高西低，东西走向长8km，北高南低，南北宽 3.5 ～ 7.0 km，最低海拔为950 m，最高海拔为1160 m，相差210m。在煤矿范围内实施控制测量，主要以满足煤田中的地质勘查工作需要。 4、地形测绘 4.1 测量依据以及已有的测量成果 地形测绘的作业依据主要有地质矿产勘探测量规范 GB/T18341- 2001[6]、全球定位系统 GPS 测量规范 GB /T 18314- 2001[7]。 该煤矿附近有1个III等国家等级点， 2个IV等国家等级点。其中1个III等国家等级点和一个IV 等国家等级点为等水准IV高程，其高程、平面精度都较好。测量成果高程为1985 年国家高程基准，平面为1980年西安坐标系统。带号31，三度分带，中央子午线为93度。以上国家等级点中心标石通过实地踏勘完好。 4.2 GPS外业观测数据采集 GPS外业观测是GPS网测量的重要环节，在这一环节中采集到得数据是内业处理、平差计算以及解算GPS点成果的重要依据，所以外业观测的质量对控制网的精度有着直接的影响。在外业观测中需要注意必须要严格按照在规定的时间要同步接收同一组卫星。天线的圆水准气泡在测量时必须要居中，而且天线要尽量与标志中心的垂线方向重合，如果观测时用的是寻常钢标，要尽可能的架低天线的支架，但是不得低于0.5m。 在这次控制网观测中使用的三台单频 GPS 接收机是美国天宝 Trimble 公司生产的，采用已知坐标点作为参考点来确定另一块段点的坐标， 采用静态定位技术测量，在同步作业图形之间采用边连接方式构网。为顺利接收卫星信号起，仪器必须架低，但不能低于0.5m。在仪器架好后，用尺子量取天线高，并且两次误差不超过 3mm，然后填写记录手簿上的记录项目，其中包括测站名、天线高、作业员姓名、 开始和结束信号接受时间等。在测量时，仪器需同时开机，开机1小时后，接收的卫星数据信号已经充满仪器，数据采集已经完成。 4.3 内业处理 白天外业采集数据后，晚上要及时将测得的数据进行内业处理，以免影响成图的准确性或返工重测。完成外业数据采集后，要及时将原始数据文件拷贝出来，保存在防磁、防水、防电的地方。并把标签贴制在存储介质外面，注明测区网名、采集日期和文件名。在结束外业观测后，要及时评定观测质量。比如相邻点之间的弦长标准差应符合规范以及设计规定（规程允许小于或等于14mm ）两个时段同一条边观测互差比仪器标称精度的2倍要小，并且计算同一时段观测值的数据的剔除率要小于10。 数据处理主要采用随机软件 Trimble Geometics Office 中文版。数据处理的内容主要有（1）对外业数据进行全面检查，进行编辑、整理、加工整理，进行平差处理，其中GPS 网由独立基线向量观测值组成。（2）在各站平差的基础之上，计算各 GPS 点在WGS-84 坐标系中的空间三维坐标。（3）把各GPS点的 坐标从WGS-84 坐标系中转换到北京-54 坐标系。在平差计算完后，把以下信息输出打印出来，其中包括时段起止时刻和持续时间、观测值的数量、数据剔除率等信息；各测站的基本信息； 平差计算起算数据，采用的平差方法及坐标系统；平差值的精度，平差结果；在平差计算时采用的先验约束条件，先验误差。 5、结语 与传统的测量技术相比，采用GPS-RTK进行图根点布设和碎步点测量,定位精度高、操作简便、观测时间短, 不仅降低了外业观测强度，而且减少了内业计算工作量。但在实际的测量工作中，还存在一些不足，由于卫星状况、控制点的限制、天空环境影响等多种因素影响，有很多特殊情况不能单纯依靠GPS来完成测量任务，需要配合其他仪器进行测图，从而大大提高测图进度和速度。 作者简介姓名翁宜军 性别 男 职称 助理工程师 1983年出生，2005年7月毕业于陕西能源职业技术学院工程测量专业，2005年8月到开滦集团赵各庄矿业有限公司地测科参加工作至今，现任测量队长。 参考文献 黄谷根，肖红华.测绘新技术在矿山测量中的应用与发展[J].矿业快报.2007. 车延国,张凤琴.九道岭煤矿贯通测量方案设计与新方法研究[J].测绘工程.2008. [3]金克,宋晓东.提高矿井贯通测量精度的思考[J].内蒙古煤炭经济.2004,5. [4]于沛.GPS 定位和陀螺定向在大型贯通测量中的应用[J],太原科技,2005. [5] 陈基炜,熊福文. GPS- RTK 作业的若干技术问题与思考[ J]. 上海地质, 2004 3 47- 50 . [6] 国家技术监督局. GB /T18341 - 2001地质矿产勘探测量规范 [ S]. 北京标准出版社, 2001 . [7] 技术监督局. GB /T18314 - 2001全球定位系统 GPS测量规范[S].北京 标准出版社, 2001 .