摘 要：由于GPS系統(tǒng)可以連續(xù)實(shí)時(shí)地提供高精度的空間位置，在測(cè)量、制圖、資源勘查、導(dǎo)航等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因而引起了廣泛的關(guān)注。本文介紹了GPS的基本工作原理，闡述了其在礦山測(cè)量中發(fā)揮的重要作用。

　　關(guān)鍵詞： GPS, 礦山測(cè)量,工作原理

　　1 前言

　　傳統(tǒng)的測(cè)量工作中，不僅使用儀器種類(lèi)繁多、人員多，而且測(cè)量精度在施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)由于各方面的阻擋和干擾，也受到影響。GPS自身的優(yōu)越性使得測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單方便，它的應(yīng)用在很大程度上綜合代替了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器，并且在作業(yè)效率上有很大的提高。

　　2 原理與組成

　　2.1 GPS衛(wèi)星定位的基本原理

　　GPS(Global Positioning System)系統(tǒng)，起初是美國(guó)國(guó)防部為了滿(mǎn)足軍事上對(duì)定位和導(dǎo)航的需要于1972年開(kāi)始研究的。就無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，設(shè)想在地面上有三個(gè)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知，用戶(hù)接收機(jī)在某一時(shí)刻采用無(wú)線(xiàn)電測(cè)距的方法分別測(cè)得了接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離d1、d2、d3,只需以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以d1、d2、d3,為半徑作出三個(gè)定位球面，即可交會(huì)出用戶(hù)接收機(jī)的空間位置。

　　將無(wú)線(xiàn)電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面點(diǎn)辦到衛(wèi)星上，組成一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線(xiàn)電測(cè)距交會(huì)的原理便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)(控制站)交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之，利用三個(gè)以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)(用戶(hù)接收機(jī))的位置，如圖1 所示。這就是GPS衛(wèi)星定位的基本原理。

　　圖1 GPS衛(wèi)星定位的原理

　　2.2 GPS系統(tǒng)組成

　　GPS系統(tǒng)包括三大部分:空間部分,即GPS衛(wèi)星星座;地面控制部分，即地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶(hù)設(shè)備部分，即GPS信號(hào)接收機(jī)。

　　GPS衛(wèi)星星座見(jiàn)圖2，其基本參數(shù)是：衛(wèi)星顆數(shù)24,衛(wèi)星軌道面?zhèn)�數(shù)為6，衛(wèi)星高度為20200km，軌道傾角為55°衛(wèi)星運(yùn)行周期為11h58min(恒星時(shí)12h)，載波頻率為1575.42MHZ和1227.60MHZ。衛(wèi)星通過(guò)天頂時(shí)，衛(wèi)星可見(jiàn)時(shí)間為5h，在地球表面上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻，在高度角15°以上平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。

　　圖2 衛(wèi)星星座

　　GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。

　　GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線(xiàn)的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維坐標(biāo)，甚至三維速度和時(shí)間。

　　2.3 GPS-RTK工作原理[1]

　　利用差分技術(shù)來(lái)完善GPS定位功能。差分GPS定位技術(shù)是用2臺(tái)或2臺(tái)以上的GPS接收機(jī)同時(shí)接受衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站。其他的用來(lái)測(cè)定未知的坐標(biāo)(移動(dòng)站)。工作原理是基準(zhǔn)站根據(jù)改正點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)求出到衛(wèi)星的距離的改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動(dòng)站，移動(dòng)站接收到這一改正數(shù)來(lái)改正其定位結(jié)果。

　　目前用于差分定位其精度可達(dá)亞米級(jí)至厘米級(jí)。GPS接收機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，野外觀測(cè)方便易行。

　　3 GPS野外觀測(cè)

　　GPS野外觀測(cè)應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。其主要步驟如下：

　　(1)安置天線(xiàn)，天線(xiàn)安置是GPS精密測(cè)量的重要保證，要仔細(xì)對(duì)中、整平、量取儀器高。儀器高要用鋼尺在互為120°方向量三次，互差小于3mm,取平均值后輸入GPS接收機(jī)。

　　(2)安置GPS接收機(jī)，GPS接收機(jī)應(yīng)安置在距天線(xiàn)不遠(yuǎn)的安全處，連接天線(xiàn)及電源電纜，并確保無(wú)誤。

　　(3)按規(guī)定時(shí)間打開(kāi)GPS接收機(jī)，輸入測(cè)站名、衛(wèi)星截止高度角、衛(wèi)星信號(hào)采樣間隔等。詳細(xì)情況可見(jiàn)儀器操作手冊(cè)。

　　(4)一個(gè)時(shí)段測(cè)量結(jié)束后要查看儀器高和測(cè)站名是否輸入，確保無(wú)誤再關(guān)機(jī)、關(guān)電源。

　　外業(yè)觀測(cè)成果經(jīng)檢核無(wú)誤后，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

　　4 GPS在礦山測(cè)量中的作用

　　GPS在礦山測(cè)量中可用于鉆孔、境界線(xiàn)工程放樣、地表地形測(cè)量，利用GPS-RTK的快速定位和實(shí)時(shí)得到坐標(biāo)結(jié)果的特點(diǎn)，在一定的測(cè)量環(huán)境中可以進(jìn)行地形的碎部測(cè)量。地形點(diǎn)的測(cè)量可以在數(shù)據(jù)采集的功能下進(jìn)行，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量設(shè)定，在測(cè)量的過(guò)程中可以設(shè)定按距離進(jìn)行采集，距離可以是人為設(shè)定;在勻速運(yùn)動(dòng)測(cè)量的過(guò)程中，也可以按時(shí)間設(shè)定采集，而且時(shí)間間隔也可人為設(shè)定，采集完的地形點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)過(guò)成圖處理，生成數(shù)字化礦山地形圖。

　　GPS也能用于礦區(qū)大比例尺地形圖的測(cè)繪[2]，采用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，基準(zhǔn)站設(shè)置好啟用參數(shù)到固定解后校正就可以自動(dòng)運(yùn)行，一個(gè)流動(dòng)站只需要一個(gè)人就可以操作，在沿線(xiàn)碎部點(diǎn)上只需要停留幾秒鐘就可以獲得每點(diǎn)坐標(biāo)、高程，再結(jié)合輸入的點(diǎn)特征編碼及屬性信息，構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)繪圖軟件CASS[3]，數(shù)據(jù)處理，即可繪成DWG數(shù)據(jù)文件的地形圖。

　　GPS還用于礦山土方工程量驗(yàn)收測(cè)量，可建立單基站CORS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，用VRS技術(shù)提供GPS實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)服務(wù)，還可配合成圖軟件形成管理一體化數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄，輸入等中間環(huán)節(jié)。

　　GPS在礦區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)、地表沉陷分析、巷道貫通測(cè)量、礦山測(cè)繪管理工程也發(fā)揮著重要作用，利用GPS-RTK的測(cè)量手段，可以得到每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并且可以以數(shù)據(jù)、圖形和位置等不同的表現(xiàn)形式反映到不同的應(yīng)用環(huán)境中。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　GPS在礦山測(cè)量工作中應(yīng)用廣泛，它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量工作方式，突破了經(jīng)典測(cè)量中的種種限制，解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法在各個(gè)控制點(diǎn)互不通視的條件下無(wú)法解決的問(wèn)題。它適合在地形復(fù)雜的礦區(qū)作業(yè)，且工作效率和作業(yè)精度高。它還促進(jìn)了礦山地形圖的數(shù)字化管理和使用，在礦山測(cè)量工作中有著舉足輕重的地位。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 張應(yīng)學(xué).GPS在礦山測(cè)量中的工作原理及應(yīng)用分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010，5

　　[2] 汪莉萍.GPS-RTK技術(shù)在露天礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].銅業(yè)工程,2011，4

　　[3] 南方測(cè)繪儀器有限公司.CASS2008參考手冊(cè)[M].2008