GPS在煤矿测量中的应用
摘要：在煤矿领域的生产中，需要进行大量的煤矿勘探测量工作，以发现煤矿所在，确定其具体的位置。
而在这一过程中，传统的平面控制测量技术已经远远不能满足现代煤矿开采的生产需求，而采用GPS技术则极大的改善了煤矿勘探测量技术，提高了其定位准确性、且操作简单方便，所用时间短，因而一经使用，就得到了迅速的推广与应用，成为煤矿勘探测量的主要技术方法。
基于此，文中笔者就GPS基本定位原理及其在煤矿测量中的优势对其进行简要的分析。
关键词：GPS技术、煤矿测量、定位
一、前言
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。
采用GPS技术时，能够实现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。
二、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。
三、GSP 技术在煤矿勘探中的应用优势
随着社会发展对煤矿资源的需求不断增大，矿区的准确勘探也显得更为紧迫。
在煤矿勘探的过程中，平面控制测量是一种非常重要的勘查基础技术方法，是为煤矿的位置提供重要依据的基础材料。
在传统的平面控制测量方法中，大都会因为地形、季节以及其他障碍物的影响而降低测量准确率，增大测量时长与难度。
而若采用GPS技术进行平面控制测量则能够很好的解决这些问题。
经过多次实践证明，GSP 技术在煤矿勘探中是具有很大应用优势的。
与传统的平面控制测量技术相比，GSP 技术的优越性主要体现在定位的精准度比较高、测量所
需时长较短、操作更加方便易行、工作效率极高。
并且随着科技的不断进步，GPS全球定位系统将显示出其更大的技术优势，必将成为未来煤矿勘探平面控制测量工作中最主要的技术方法。
四、GPS 技术在煤矿勘探技术中的应用现状
目前在我国的煤矿勘探技术中，GPS 技术主要是采用区域GPS网，其网形的设计非常灵活，可以根据实际的工程需要进行设计，一般都是采用三角形网或者环形网。
三角形网GPS区域网都是采用的独立的基线，这就使得三角形网具有了很强的自检能力，当检测结果出现明显的误差时能够及时有效的发现，并作出调整，使网中的相邻点能够实现精度的均匀分布，从而提高了GPS网的可靠性与精准度。
但三角形网需要有足够多的接收机才能保证测量效率，这是因为这种网形的观测范围较广，所得的信息量比较大，若接收机的数量较少时，就不能够及时接收信息，从而影响了测量效率。
出于成本的考虑，一般只是在对网的精准度与可靠性要求较高的情况下才会使用三角形网。
而环形网则是由若干闭合环组成，每个闭合环都含有多个独立基线。
这种网形的结构没有三角形网的结构性能好，其自检能力与可靠性也相对较差一点，且性能高低与闭合环中的基线边数有很大关联，因而当网形对精度的要求不同时，就可以采用改变闭合环中基线边数的方式来达到要求。
采用环形网时，其工作量较小，且自检能来与可靠性也能满足一般的勘测需求。
五、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 3.5～7.0km，最低海拔为950m，最高海拔为1160m，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。
六、地形测绘
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)、《全球定位系统(GPS)测量规范》( GB/T18314- 2001)。
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。
2、GPS外业观测数据采集
本次GPS测量采用已知坐标点作为参考点来确定另一块段点的坐标，GPS 控制网观测使用三台检定过的美国天宝Trimble公司生产的单频GPS接收机，采用静态定位技术施测，同步作业图形之间采用边连接方式构网。
由于以上三点上都有钢标，为顺利接收卫星信号起见，仪器必须架低，但不能低于0.5mm。
仪器架好后，量取天线高，两次误差不超过3mm，详细填写记录手簿上的记录项目，包括测站名、作业员姓名、开始和结束信号接受时间、天线高等。
测量经通讯联系同时开机，经过1小时的数据采集，接收的卫星数据信号已充满仪器，就可以取下天线，收掉仪器，外业任务就算完成了。
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。
七、结语
综上所述，利用GPS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。
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