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摘 要：GPS是随着我国现代科学技术的发展,研究出的一种精密卫星导航定位新技术,广泛应用于控制、测量和导航领域.GPS定位系统的定位精度高、观测时间短,能够在全球范围内提供统一的坐标,与常规测量方法相比具有十分显著的优势.本文结合GPS定位系统的特点,探讨了GPS在煤矿测量中的应用.
关 键 词：GPS定位系统；煤矿测量；数据处理
0.引言
GPS是随着我国现代科学技术的发展,研究出的一种精密卫星导航定位新技术,广泛应用于控制、测量和导航领域.GPS定位系统的定位精度高、观测时间短,能够在全球范围内提供统一的坐标,与常规测量方法相比具有十分显著的优势.新建煤矿的地面没有相应的控制网,为了保障主副井的两头掘进能够精确联通,并将误差降到最小,将GPS定位系统应用到矿井地面控制网中是十分必要的.
1.GPS的定位原理
GPS定位系统是通过测量用户接收器和卫星之间的距离,并综合多颗卫星的数据来确定用户接收器的具体位置.GPS在定位过程中,已知卫星的位置可以根据卫星星历和卫星记录时间查到,用户到卫星的距离可以根据卫星信号传播到用户的时间计算出来.由于受到大气中电离层的干扰,这个距离和用户到卫星的真实距离有一定差距,属于伪距（PR）.GPS导航卫星在正常工作状态,会不断发射由二进制代码组成的伪码.GPS中使用的伪码分为民用C/A码和军用P（Y）码两种[1].其中民用伪码的频率为1.023兆赫兹,军用的Y码是通过对P码的改造形成的,具有更高的保密性.当用户接收器接收到导航电文后,查出卫星时间并且和时钟进行对比就能计算出用户和卫星之间的距离,之后利用相关公式推出卫星发射时所处的位置,就可以得到位置、速度等信息.由于用户接收电文的时间和卫星星载的时间不可能保持绝对同步,需要引入接收器和卫星之间的时间差未知数,使用四个方程解出四个未知数,因此,这也决定了接收器必须同时接收到四个卫星的信号.
2.GPS在煤矿测量中的应用
2.1布设GPS近井网的方法
在GPS煤矿控制测量中,应该按照煤矿测量和定位系统的相关操作规范进行观测、布点和数据处理,四等GPS控制网中最弱边的测量中误差在1/40000以下.新建煤矿的地面没有相应的控制网,为了保障主副井的两头掘进能够精确联通,并将误差降到最小,需要在地面建立近井控制网.为了保障近井控制网满足井下贯通条件,测量精度应该比其它巷道工程高[2].矿井中的井筒位置一般不会贯通,为了缩短工期需要在两头相对挖掘,并制定井筒贯通方案.为了将测量误差降到最低,需要选择GPS定位测量建网方案,对网络结构和井筒位置进行布设.
2.2地点选择和埋石
四等GPS控制网中的控制地点应该选在视野开阔、便于安装和接收信号的地方,被测量卫星的角度大于15度,测量点和无线电波发射源的距离不小于400米,和高压输电线的距离不小于200米,测量点位附近不能有干扰接收卫星信号的物体,或者大面积水域,测量点位的基础应该保持稳定以便于长期保存.
根据测量点位的具体位置,四等GPS控制网中控制点的埋石规格为：地面测点混凝土标石的规格是标石顶面应该和地面持平,顶部加固约0.2米的混凝土.楼顶的测量点使用规范的模具浇筑,浇筑过程中对楼顶的顶面进行打毛,并加入钢钉以牢固连接标石和建筑物的顶面.水泥墙顶面上的测量点使用特定的钢钉,并将这些钢钉直接钉入墙体中,在其顶部凿上圆点作为标石的标志.
2.3数据的观测
在测量区域的GPS控制网中,使用3台标准精度较好的单频接收器进行同步作业.在进行四等GPS控制网络系统作业之前,应该检查和校对GPS接收器和辅助气象设备,并安排专人进行管理.数据观测过程中,始终保持观测卫星的有效数量在四颗以上[3].并且观测的时段应大于六个,时段的长度不小于120分钟,各时段中任何一个卫星的有效观测时间不小于30分钟；如果时段长度小于两千米,观测时间在30分钟以上,如果时段长度大于两千米,观测时间在45分钟以上.数据采集的间隔时间一般在15到60秒之间,尽量保障观测站和有效观测卫星之间几何图形的稳定,让点位强度因子PDOP的值不大于6.
在GPS接收器进行观测之前必须事先静置和预热,严格按照接收器的相关操作规定进行操作.每个观测组都需要按照调度命令执行,按照规定的时间进行观测,以保障观测同一组卫星的一致性.接收器在记录完数据后,观测员应该认真查看接收卫星数量、通道信噪比、定位结果等信息,记录员应该及时填写好各种测量项目.每个时段的气象观测不少于三次,分别位于各时段的起始、中间和结束段.气象观测中在观测站附近挂上通风干湿表,保持其与天线相位中心位置大致等高.悬挂点保持良好的通风,并避免阳光直射.将空盒气压表放在测量站附近的地面上,读数时除了应该考虑天线相位的中心点高度,也需要将高程修正值包括在内.
3.结语
实践表明,煤矿测量中运用GPS定位系统进行矿区平面控制,具有定位精度高、观测时间短、操作简便的优点,大大减少了测量人员的作业强度和作业量.这项技术可以广泛应用于煤矿测量和地形测绘工作中,具有十分重要的推广和应用价值.