GNSS技術在礦山工程測量中的應用研究

李桂芹

（山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊，山東 泰安 271000）

礦山工程測量是指在礦山建設過程中和開采運營階段，為滿足于礦山的規劃設計、勘探開發、生產運營和礦山報廢等需求而針對地層移動、地面沉降、巷道位移、礦山復墾等特征開展的一種測量工作[1]。在礦山開發之前進行工程測量，是保障礦山資源精準開采、開發效率最大化的基礎；在礦山開發階段進行工程測量，是為礦山安全生產提供信息，便于管理者對安全生產作出決策的重要依據，因而，其有著“礦山之眼”稱謂。

近年來，隨著我國國民經濟的快速發展，礦產資源產業發展迅速，礦山規模不斷擴大，開采深度不斷增加，工程測量工作面臨的挑戰不斷升級，傳統的測量方法越來越難以滿足當今需求。

與此同時，我國工程測量技術也快速發展，尤其是露天礦山測量領域，已逐步為GPS、RTK等高效、快速、精準的測量手段所占據[2]。本文在對GNSS全球導航衛星系統的技術原理和特點進行分析的基礎上，結合GNSS測量技術在礦山工程測量中的應用分析，向讀者系統展示了GNSS測量技術的優越性，為今后GNSS測量技術在礦山測量工作廣泛應用提供了經驗借鑒。

1 GNSS技術原理和特點分析

GNSS全稱全球導航衛星系統，是由美國的全球衛星定位系統、歐洲的伽利略衛星導航系統、俄羅斯的GLONASS全球衛星導航系統、中國的北斗衛星導航系統以及日本的MSAS多功能運輸衛星增強系統等多個衛星導航定位及其增強型系統所拼湊組成的大系統，是通過人造衛星發送和接收空間地理信息，為全球提供全時段、高精度的地理坐標、速度與時間信息服務的無線電導航系統，是利用衛星之間的偽距、星歷、衛星發射時間等信息進行精準測量和精準定位的技術方法。其工作原理是空間測距交會，是通過某一測量基準站的一個固定坐標為參考，采集4顆以上衛星的三維空間坐標作比對，得到基準站與衛星之間的差值，進而計算確定高精準的測量基站空間信息，其測試結果能夠精確到毫米級別，能夠有效提升測量的質量[3]。具體的是，首先以地面主控站為基點，采集范圍內各監測站的觀測資料和氣象信息，然后，通過內設系統計算采集的各衛星的星歷表和衛星鐘改正數，再通過注入站向GPS衛星注入按規定的格式編輯導航電文。

用戶測量定位時，系統利用接收機的儲存星歷，初步計算出各衛星的大致空間位置，然后，利用計算機選擇四顆范圍較廣的衛星進行觀測，確定GNSS系統衛星的空間位置坐標，進而精確解算衛星測站的具體位置坐標。該方法能夠獲取豐富的導航信息，可以提高衛星導航用戶的可用性、精確性、完備性、可靠性，與此同時，GNSS技術適應性強，無嚴苛的限制條件，操作簡便，兼容度較高，可極大的提升工程測量數據的收集與處理速度，應用領域廣闊、前景極大。目前，常用的GNSS接收機主要有：天寶R8系列、徠卡GS12、GS15系列、拓普康HiPer Ga/Gb系列、南方靈銳S86系列、S82c系列、中海達IRTK1代、IRTK2代等。

2 GNSS技術在礦山測量中的應用

目前，GNSS技術已廣泛應用于土地調查、地籍測量、地質勘查、礦山測量等領域，其中，礦山測量中具有廣闊利用前景的領域主要體現在礦區大比例尺地形圖的測繪、礦區的變形監測、露天礦區的控制測量、爆破鉆孔的放樣等。

2.1 礦區大比例尺地形圖的測繪

隨著礦山開采程度的不斷推進，尤其是機械化作業精細程度不足帶來的影響，礦山地形現狀的變化日新月異、且不可預測，需要不斷地對礦山地形進行補測、加密測量，才能滿足管理層做決策所需的信息。

然而，傳統的三角網控制測量方法具有操作要求高、人員配備多、工作量大、速度慢，且易受氣候環境等不利因素限制等缺點，應用上逐步捉襟見肘。GNSS測量技術僅需將基準站架設在礦山地形高點，一人操作流動站即可在開闊平坦的區域實行作業，三秒內即可完成一個測量點的三維坐標數據的采集?；氐绞覂?，測量人員僅需將數據導出，利用成圖軟件結合測量點編碼即可制作地形圖，這大大減少了測量工作者的工作量。正因為這高效簡便的操作流程，大大提高了大比例尺地形圖的更新率，為礦山管理層對礦山的各項建設進行實時管理提供了可能。

2.2 礦區的變形監測

在礦山開采過程中，隨著開采深度不斷加大，地形相對高差逐步增大，邊坡數量不斷增加，出現崩塌的可能性不斷加大，與此同時，受采空區影響，礦山周邊地面出現塌陷的風險也不斷增加，開展礦區變形監測，及時發現安全風險并預警是避免重大安全事故發生，保證人員財產安全的有效手段。然而，變形監測的各項指標往往需要達到毫米級或者亞毫米級的精度，這是傳統監測方法所難以達到的。此時，建立由數據采集、傳輸和GNSS數據處理中心構成的GNSS自動化變形監測系統可實現長期穩定監視監測點、無線傳送高精度監測數據，全年連續對礦山變形進行觀測的目的，同時，GNSS數據處理中心可實時將觀測數據進行分析處理，預警超過限制的變形，為礦山管理者實時掌握礦山安全信息提供可能。

2.3 露天礦區的控制測量

傳統露天礦區的控制測量方法對測站點間的通視有著嚴格要求，同時，其還具有操作過程限差較多、工序復雜，精度難以實時掌控、測量周期較長等缺點，常常造成不必要的測量返工。在這種情況下，應用GNSS靜態控制測量技術結合一定的軟件處理（通常情況下，采用RTK即可），即可獲取控制點的平差坐標，就能完成對礦山高效率、高精度的控制測量，優勢顯著。

2.4 爆破鉆孔的放樣

傳統的礦山爆破鉆孔的放樣多是利用全站儀的放樣功能進行的，這對觀測員于立鏡員間的配合程度、測站點與立鏡員之間的通視程度要求較高。在這種情況下，應用GNSS技術，僅需一個測量人員利用已導入爆破鉆孔坐標的GNSS移動站手薄即可準確地完成放樣工作，效率極高，且不受任何限制，優勢限制。

3 結語

GNSS技術在礦山工程測量中的應用具有適應性強，無嚴苛的限制條件，操作簡便，兼容度較高，可極大的提升工程測量數據的收集與處理速度，可廣泛應用于礦區大比例尺地形圖測繪、礦區的變形監測、露天礦區的控制測量、爆破鉆孔的放樣等領域。