摘要：GPS是隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究出的一種精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于控制、測(cè)量和導(dǎo)航領(lǐng)域。GPS定位系統(tǒng)的定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短，能夠在全球范圍內(nèi)提供統(tǒng)一的坐標(biāo)，與常規(guī)測(cè)量方法相比具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合GPS定位系統(tǒng)的特點(diǎn)，探討了GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng)；煤礦測(cè)量；數(shù)據(jù)處理
0.引言
GPS是隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究出的一種精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于控制、測(cè)量和導(dǎo)航領(lǐng)域。GPS定位系統(tǒng)的定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短，能夠在全球范圍內(nèi)提供統(tǒng)一的坐標(biāo)，與常規(guī)測(cè)量方法相比具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。新建煤礦的地面沒有相應(yīng)的控制網(wǎng)，為了保障主副井的兩頭掘進(jìn)能夠精確聯(lián)通，并將誤差降到最小，將GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用到礦井地面控制網(wǎng)中是十分必要的。
1.GPS的定位原理
GPS定位系統(tǒng)是通過測(cè)量用戶接收器和衛(wèi)星之間的距離，并綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)來確定用戶接收器的具體位置。GPS在定位過程中，已知衛(wèi)星的位置可以根據(jù)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星記錄時(shí)間查到，用戶到衛(wèi)星的距離可以根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶的時(shí)間計(jì)算出來。由于受到大氣中電離層的干擾，這個(gè)距離和用戶到衛(wèi)星的真實(shí)距離有一定差距，屬于偽距（PR）。GPS導(dǎo)航衛(wèi)星在正常工作狀態(tài)，會(huì)不斷發(fā)射由二進(jìn)制代碼組成的偽碼。GPS中使用的偽碼分為民用C/A 碼和軍用P（ Y） 碼兩種[1]。其中民用偽碼的頻率為1.023兆赫茲，軍用的Y 碼是通過對(duì)P碼的改造形成的，具有更高的保密性。當(dāng)用戶接收器接收到導(dǎo)航電文后，查出衛(wèi)星時(shí)間并且和時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)比就能計(jì)算出用戶和衛(wèi)星之間的距離，之后利用相關(guān)公式推出衛(wèi)星發(fā)射時(shí)所處的位置，就可以得到位置、速度等信息。由于用戶接收電文的時(shí)間和衛(wèi)星星載的時(shí)間不可能保持絕對(duì)同步，需要引入接收器和衛(wèi)星之間的時(shí)間差未知數(shù)，使用四個(gè)方程解出四個(gè)未知數(shù)，因此，這也決定了接收器必須同時(shí)接收到四個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。
2.GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用
2.1布設(shè)GPS近井網(wǎng)的方法
在GPS煤礦控制測(cè)量中，應(yīng)該按照煤礦測(cè)量和定位系統(tǒng)的相關(guān)操作規(guī)范進(jìn)行觀測(cè)、布點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理，四等GPS控制網(wǎng)中最弱邊的測(cè)量中誤差在1/40000以下。新建煤礦的地面沒有相應(yīng)的控制網(wǎng)，為了保障主副井的兩頭掘進(jìn)能夠精確聯(lián)通，并將誤差降到最小，需要在地面建立近井控制網(wǎng)。為了保障近井控制網(wǎng)滿足井下貫通條件，測(cè)量精度應(yīng)該比其它巷道工程高[2]。礦井中的井筒位置一般不會(huì)貫通，為了縮短工期需要在兩頭相對(duì)挖掘，并制定井筒貫通方案。為了將測(cè)量誤差降到最低，需要選擇GPS定位測(cè)量建網(wǎng)方案，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和井筒位置進(jìn)行布設(shè)。
2.2地點(diǎn)選擇和埋石
四等GPS控制網(wǎng)中的控制地點(diǎn)應(yīng)該選在視野開闊、便于安裝和接收信號(hào)的地方，被測(cè)量衛(wèi)星的角度大于15度，測(cè)量點(diǎn)和無線電波發(fā)射源的距離不小于400米，和高壓輸電線的距離不小于200米，測(cè)量點(diǎn)位附近不能有干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的物體，或者大面積水域，測(cè)量點(diǎn)位的基礎(chǔ)應(yīng)該保持穩(wěn)定以便于長(zhǎng)期保存。
根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位的具體位置，四等GPS控制網(wǎng)中控制點(diǎn)的埋石規(guī)格為：地面測(cè)點(diǎn)混凝土標(biāo)石的規(guī)格是標(biāo)石頂面應(yīng)該和地面持平，頂部加固約0.2米的混凝土。樓頂?shù)臏y(cè)量點(diǎn)使用規(guī)范的模具澆筑，澆筑過程中對(duì)樓頂?shù)捻斆孢M(jìn)行打毛，并加入鋼釘以牢固連接標(biāo)石和建筑物的頂面。水泥墻頂面上的測(cè)量點(diǎn)使用特定的鋼釘，并將這些鋼釘直接釘入墻體中，在其頂部鑿上圓點(diǎn)作為標(biāo)石的標(biāo)志。
2.3數(shù)據(jù)的觀測(cè)
在測(cè)量區(qū)域的GPS控制網(wǎng)中，使用3臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精度較好的單頻接收器進(jìn)行同步作業(yè)。在進(jìn)行四等GPS控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作業(yè)之前，應(yīng)該檢查和校對(duì)GPS接收器和輔助氣象設(shè)備，并安排專人進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)觀測(cè)過程中，始終保持觀測(cè)衛(wèi)星的有效數(shù)量在四顆以上[3]。并且觀測(cè)的時(shí)段應(yīng)大于六個(gè)，時(shí)段的長(zhǎng)度不小于120分鐘，各時(shí)段中任何一個(gè)衛(wèi)星的有效觀測(cè)時(shí)間不小于30分鐘；如果時(shí)段長(zhǎng)度小于兩千米，觀測(cè)時(shí)間在30分鐘以上，如果時(shí)段長(zhǎng)度大于兩千米，觀測(cè)時(shí)間在45分鐘以上。數(shù)據(jù)采集的間隔時(shí)間一般在15到60秒之間，盡量保障觀測(cè)站和有效觀測(cè)衛(wèi)星之間幾何圖形的穩(wěn)定，讓點(diǎn)位強(qiáng)度因子PDOP的值不大于6。
在GPS接收器進(jìn)行觀測(cè)之前必須事先靜置和預(yù)熱，嚴(yán)格按照接收器的相關(guān)操作規(guī)定進(jìn)行操作。每個(gè)觀測(cè)組都需要按照調(diào)度命令執(zhí)行，按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，以保障觀測(cè)同一組衛(wèi)星的一致性。接收器在記錄完數(shù)據(jù)后，觀測(cè)員應(yīng)該認(rèn)真查看接收衛(wèi)星數(shù)量、通道信噪比、定位結(jié)果等信息，記錄員應(yīng)該及時(shí)填寫好各種測(cè)量項(xiàng)目。每個(gè)時(shí)段的氣象觀測(cè)不少于三次，分別位于各時(shí)段的起始、中間和結(jié)束段。氣象觀測(cè)中在觀測(cè)站附近掛上通風(fēng)干濕表，保持其與天線相位中心位置大致等高。懸掛點(diǎn)保持良好的通風(fēng)，并避免陽(yáng)光直射。將空盒氣壓表放在測(cè)量站附近的地面上，讀數(shù)時(shí)除了應(yīng)該考慮天線相位的中心點(diǎn)高度，也需要將高程修正值包括在內(nèi)。
3.結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐表明，煤礦測(cè)量中運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行礦區(qū)平面控制，具有定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，大大減少了測(cè)量人員的作業(yè)強(qiáng)度和作業(yè)量。這項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于煤礦測(cè)量和地形測(cè)繪工作中，具有十分重要的推廣和應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]萬榮生.GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技致富向?qū)В?011（09）.
[2]李玲.淺談GPS、RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2010（01）.
[3]劉尊良，段寶森.GPS定位技術(shù)在油氣田地面工程數(shù)字化的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2008（07）.
關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng)；煤礦測(cè)量；數(shù)據(jù)處理
0.引言
GPS是隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究出的一種精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于控制、測(cè)量和導(dǎo)航領(lǐng)域。GPS定位系統(tǒng)的定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短，能夠在全球范圍內(nèi)提供統(tǒng)一的坐標(biāo)，與常規(guī)測(cè)量方法相比具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。新建煤礦的地面沒有相應(yīng)的控制網(wǎng)，為了保障主副井的兩頭掘進(jìn)能夠精確聯(lián)通，并將誤差降到最小，將GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用到礦井地面控制網(wǎng)中是十分必要的。
1.GPS的定位原理
GPS定位系統(tǒng)是通過測(cè)量用戶接收器和衛(wèi)星之間的距離，并綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)來確定用戶接收器的具體位置。GPS在定位過程中，已知衛(wèi)星的位置可以根據(jù)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星記錄時(shí)間查到，用戶到衛(wèi)星的距離可以根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶的時(shí)間計(jì)算出來。由于受到大氣中電離層的干擾，這個(gè)距離和用戶到衛(wèi)星的真實(shí)距離有一定差距，屬于偽距（PR）。GPS導(dǎo)航衛(wèi)星在正常工作狀態(tài)，會(huì)不斷發(fā)射由二進(jìn)制代碼組成的偽碼。GPS中使用的偽碼分為民用C/A 碼和軍用P（ Y） 碼兩種[1]。其中民用偽碼的頻率為1.023兆赫茲，軍用的Y 碼是通過對(duì)P碼的改造形成的，具有更高的保密性。當(dāng)用戶接收器接收到導(dǎo)航電文后，查出衛(wèi)星時(shí)間并且和時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)比就能計(jì)算出用戶和衛(wèi)星之間的距離，之后利用相關(guān)公式推出衛(wèi)星發(fā)射時(shí)所處的位置，就可以得到位置、速度等信息。由于用戶接收電文的時(shí)間和衛(wèi)星星載的時(shí)間不可能保持絕對(duì)同步，需要引入接收器和衛(wèi)星之間的時(shí)間差未知數(shù)，使用四個(gè)方程解出四個(gè)未知數(shù)，因此，這也決定了接收器必須同時(shí)接收到四個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。
2.GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用
2.1布設(shè)GPS近井網(wǎng)的方法
在GPS煤礦控制測(cè)量中，應(yīng)該按照煤礦測(cè)量和定位系統(tǒng)的相關(guān)操作規(guī)范進(jìn)行觀測(cè)、布點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理，四等GPS控制網(wǎng)中最弱邊的測(cè)量中誤差在1/40000以下。新建煤礦的地面沒有相應(yīng)的控制網(wǎng)，為了保障主副井的兩頭掘進(jìn)能夠精確聯(lián)通，并將誤差降到最小，需要在地面建立近井控制網(wǎng)。為了保障近井控制網(wǎng)滿足井下貫通條件，測(cè)量精度應(yīng)該比其它巷道工程高[2]。礦井中的井筒位置一般不會(huì)貫通，為了縮短工期需要在兩頭相對(duì)挖掘，并制定井筒貫通方案。為了將測(cè)量誤差降到最低，需要選擇GPS定位測(cè)量建網(wǎng)方案，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和井筒位置進(jìn)行布設(shè)。
2.2地點(diǎn)選擇和埋石
四等GPS控制網(wǎng)中的控制地點(diǎn)應(yīng)該選在視野開闊、便于安裝和接收信號(hào)的地方，被測(cè)量衛(wèi)星的角度大于15度，測(cè)量點(diǎn)和無線電波發(fā)射源的距離不小于400米，和高壓輸電線的距離不小于200米，測(cè)量點(diǎn)位附近不能有干擾接收衛(wèi)星信號(hào)的物體，或者大面積水域，測(cè)量點(diǎn)位的基礎(chǔ)應(yīng)該保持穩(wěn)定以便于長(zhǎng)期保存。
根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位的具體位置，四等GPS控制網(wǎng)中控制點(diǎn)的埋石規(guī)格為：地面測(cè)點(diǎn)混凝土標(biāo)石的規(guī)格是標(biāo)石頂面應(yīng)該和地面持平，頂部加固約0.2米的混凝土。樓頂?shù)臏y(cè)量點(diǎn)使用規(guī)范的模具澆筑，澆筑過程中對(duì)樓頂?shù)捻斆孢M(jìn)行打毛，并加入鋼釘以牢固連接標(biāo)石和建筑物的頂面。水泥墻頂面上的測(cè)量點(diǎn)使用特定的鋼釘，并將這些鋼釘直接釘入墻體中，在其頂部鑿上圓點(diǎn)作為標(biāo)石的標(biāo)志。
2.3數(shù)據(jù)的觀測(cè)
在測(cè)量區(qū)域的GPS控制網(wǎng)中，使用3臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精度較好的單頻接收器進(jìn)行同步作業(yè)。在進(jìn)行四等GPS控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作業(yè)之前，應(yīng)該檢查和校對(duì)GPS接收器和輔助氣象設(shè)備，并安排專人進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)觀測(cè)過程中，始終保持觀測(cè)衛(wèi)星的有效數(shù)量在四顆以上[3]。并且觀測(cè)的時(shí)段應(yīng)大于六個(gè)，時(shí)段的長(zhǎng)度不小于120分鐘，各時(shí)段中任何一個(gè)衛(wèi)星的有效觀測(cè)時(shí)間不小于30分鐘；如果時(shí)段長(zhǎng)度小于兩千米，觀測(cè)時(shí)間在30分鐘以上，如果時(shí)段長(zhǎng)度大于兩千米，觀測(cè)時(shí)間在45分鐘以上。數(shù)據(jù)采集的間隔時(shí)間一般在15到60秒之間，盡量保障觀測(cè)站和有效觀測(cè)衛(wèi)星之間幾何圖形的穩(wěn)定，讓點(diǎn)位強(qiáng)度因子PDOP的值不大于6。
在GPS接收器進(jìn)行觀測(cè)之前必須事先靜置和預(yù)熱，嚴(yán)格按照接收器的相關(guān)操作規(guī)定進(jìn)行操作。每個(gè)觀測(cè)組都需要按照調(diào)度命令執(zhí)行，按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，以保障觀測(cè)同一組衛(wèi)星的一致性。接收器在記錄完數(shù)據(jù)后，觀測(cè)員應(yīng)該認(rèn)真查看接收衛(wèi)星數(shù)量、通道信噪比、定位結(jié)果等信息，記錄員應(yīng)該及時(shí)填寫好各種測(cè)量項(xiàng)目。每個(gè)時(shí)段的氣象觀測(cè)不少于三次，分別位于各時(shí)段的起始、中間和結(jié)束段。氣象觀測(cè)中在觀測(cè)站附近掛上通風(fēng)干濕表，保持其與天線相位中心位置大致等高。懸掛點(diǎn)保持良好的通風(fēng)，并避免陽(yáng)光直射。將空盒氣壓表放在測(cè)量站附近的地面上，讀數(shù)時(shí)除了應(yīng)該考慮天線相位的中心點(diǎn)高度，也需要將高程修正值包括在內(nèi)。
3.結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐表明，煤礦測(cè)量中運(yùn)用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行礦區(qū)平面控制，具有定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，大大減少了測(cè)量人員的作業(yè)強(qiáng)度和作業(yè)量。這項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于煤礦測(cè)量和地形測(cè)繪工作中，具有十分重要的推廣和應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]萬榮生.GPS在煤礦測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技致富向?qū)В?011（09）.
[2]李玲.淺談GPS、RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2010（01）.
[3]劉尊良，段寶森.GPS定位技術(shù)在油氣田地面工程數(shù)字化的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2008（07）.
