GPS技术在露天矿山测量中的应用探讨

GPS技术在露天矿山测量中的应用探讨

刘元

150302199405102017 

摘要：GPS（全球定位系统）技术在露天矿山测量中的应用日益广泛，极大地提高了测量效率和精度，降低了作业成本。本文主要探讨了GPS技术在矿山测量中的具体应用，包括矿区静态和动态测量、矿区空间信息的获取与更新、爆破监测、边坡稳定性分析以及矿产资源的精确估算等方面。同时，也分析了GPS技术在实际应用中可能遇到的问题，如信号干扰、数据处理复杂性等，并提出了相应的解决策略。通过结合实例，阐述了GPS技术在露天矿山测量中的重要地位，为矿山测量技术的发展提供了新的思路和方法。未来，随着GPS技术的不断进步和升级，其在露天矿山测量中的应用将更加深入和广泛。

关键词：露天矿山测量；GPS技术；控制测量；地形测量；变形监测；应用

引言

露天矿山开采是获取矿产资源的重要方式，但其生产过程中面临着测量任务重、环境恶劣、安全风险高等挑战。传统的测量方法，如全站仪测量、经纬仪测量等，难以满足露天矿山测量的高效性和精确性要求。近年来，全球定位系统（GPS）技术的快速发展为露天矿山测量提供了新的手段和方法。GPS具有全天候、高精度、自动化程度高等优势，在测绘领域得到了广泛应用。本文将探讨GPS技术在露天矿山测量中的应用，分析其优势和局限性，为进一步提高露天矿山测量的效率和质量提供参考。

一、GPS技术概述

全球定位系统（GPS）是一种以人造卫星为基础的无线电导航定位系统。GPS系统由空间段、控制段和用户段三部分组成。空间段包括24颗卫星，均匀分布在6个轨道面上，保证全球任何地点、任何时间都能观测到至少4颗卫星。控制段负责对卫星进行监控和管理，确保系统的正常运行。用户段则是GPS接收机，通过接收卫星信号实现定位、导航和授时。GPS测量可分为静态测量和动态测量两种，其中动态测量包括RTK（实时动态）测量和动态后处理测量。与传统测量方法相比，GPS测量具有全天候、高精度、操作便捷、自动化程度高等优势，已成为测绘工程中不可或缺的技术手段。

二、露天矿山测量的特点和要求

露天矿山开采是一种露天条件下的开采方式，一般采用分层开采、分段推进的方法。露天矿山测量贯穿于矿山开采的整个过程，主要任务包括矿区控制测量、地形测量、采场现状测量、变形监测等。与其他测量工程相比，露天矿山测量具有以下特点：一是测区范围大，地形地貌复杂多变；二是露天作业环境恶劣，灰尘、震动等因素影响测量精度；三是开采工况多变，需要进行频繁、快速的测量。因此，露天矿山测量对测量方法提出了高精度、高效率、自动化程度高的要求，传统的测量方法已难以完全满足实际需求。

三、GPS技术在露天矿山测量中的应用

（一）GPS技术在露天矿山控制测量中的应用

矿区控制测量是露天矿山测量的基础，为其他各项测量提供基准和起算数据。传统的控制测量主要采用导线测量和三角测量，受观测条件、技术手段等限制，难以满足大范围、高精度控制网的建立要求。GPS控制测量可在较短时间内完成较大范围的控制网布设，通过合理设计GPS网形，优化观测方案和技术参数，可显著提高露天矿山控制测量的效率和精度。GPS控制网一般采用“环闭合+辐射式”的组网形式，卫星高度角设置在15°以上，观测时段选择在卫星分布均匀的时间窗口内，观测时间一般为2-4小时。野外数据采集完成后，采用先进的GPS数据处理软件进行线性无约束平差，并进行精度评定，高程采用三维网平差间接法或高程拟合法解算。

（二）GPS技术在露天矿山地形测量中的应用

露天矿山地形测量是正确编制采矿设计和生产计划的重要依据。传统的地形测量主要采用全站仪测量、航空摄影测量等方法，作业效率低，难以满足矿方的测量需求。GPS-RTK测量技术是一种采用载波相位实时动态差分的GPS测量方法，可在流动站实时获取厘米级定位坐标，能够快速、高效地获取地形点位信息。GPS-RTK测量系统由基准站和流动站组成，基准站一般选择在已知控制点上架设GPS接收机作为参考站，流动站的GPS接收机安装在测杆上，通过无线电通信接收基准站的差分改正数，实现实时厘米级定位。测量过程中，流动站在测区内按一定间隔设立测点，获取测点坐标和高程信息。采集完成后，可利用GPS数据处理软件进行坐标转换、数据编辑等处理，生成数字地形模型和等高线图，为采场规划设计提供地形依据。

（三）GPS技术在露天矿山变形监测中的应用

露天矿山开采过程中，受采矿活动和自然因素影响，矿区地表和边坡极易发生变形，威胁矿山生产安全。传统的变形监测手段，如水准测量、视准线监测等，难以实现大范围、动态监测。GPS技术可连续、实时地监测矿区变形，及时预警采场异常位移，是现代化矿山变形监测的发展方向。GPS变形监测系统由若干GPS监测站组成，监测站点布设在矿区主要监测对象上，如工作平台、最终边坡、爆破区等，采用“自动采集、无线传输、远程控制”的方式进行数据采集和处理。监测站点接收到的GPS数据通过无线传输系统上传至数据处理中心，经过专业软件解算、分析，生成变形量、变形速率、变形方向等信息。当监测数据超过预设阈值时，系统可自动报警，为矿山采取安全防范措施提供依据。GPS变形监测技术可全天候、高精度、动态地反映矿区变形状况，为矿山安全生产保驾护航。

四、GPS技术在露天矿山测量中的应用效果评价

（一）GPS技术应用的优势和成果

通过在露天矿山测量中应用GPS技术，显著提高了测量工作的效率和精度。与传统测量方法相比，GPS控制测量可缩短2/3以上的外业工作时间，高程中误差可控制在3cm以内；GPS-RTK测量每天可完成20-30hm²的地形图测，测图精度可达1：1000或1：500，大大提高了地形测量的效率和质量；GPS变形监测可实现矿区24小时不间断监测，毫米级位移量检测灵敏，为矿山灾害预警和安全决策提供了可靠依据。GPS技术的应用，不仅降低了露天矿山测量的劳动强度和作业风险，而且为矿山开采提供了精确、动态、实时的测量数据，有力支撑了矿山的数字化、信息化管理。目前，GPS技术已成为露天矿山测量中不可或缺的现代测绘技术手段。

（二）GPS技术应用中存在的问题和改进措施

尽管GPS技术在露天矿山中表现出显著效果，但应用中遇到一些挑战。首先，特殊的地形条件（如高边坡、狭窄道路）影响GPS的精度和效率，导致信号遮挡和多路径效应。其次，缺乏统一的GPS测量技术标准，不同矿区间的技术差异影响测量的一致性和可靠性。再者，部分矿山的GPS测量人员专业技能不足，限制了技术的潜力。

针对这些问题，提出以下建议：优化GPS点位布设，避开遮挡区域，增强信号可见性和连续性；完善技术标准和作业规范，提供统一的技术依据；强化人员培训，定期进行业务学习和技能训练，提高人员技术水平和专业素质。

通过这些措施，可提高GPS技术在露天矿山测量中的适用性和可靠性，更好地服务于矿山开采。

五、结论

GPS技术在露天矿山测量中的应用，极大地提高了测量工作的效率和精度，为矿山生产和管理提供了有力支持。通过优化GPS控制网和监测网的点位布设、完善技术标准和作业规范、加强测量人员的教育培训等措施，可以进一步提高GPS技术在露天矿山测量中的适用性和可靠性，推动露天矿山测量的现代化、智能化发展。未来，随着GPS技术的不断创新和完善，其在露天矿山测量中的应用将更加广泛深入，为矿山安全生产和可持续发展做出更大贡献。

参考文献

[1]何旭乾. 基于无人机倾斜摄影测量的露天矿边坡滑移区域识别研究[D]. 西安建筑科技大学， 2022.

[2]于秋宇. 基于点云数据的露天矿山测量验收技术研究及应用[D]. 辽宁工程技术大学， 2022.

[3]王赫. 基于信息量法和位移监测预测的乌山铜钼矿边坡稳定性分析[D]. 东北大学， 2021.