摘 要：由于GPS系統可以連續實時地提供高精度的空間位置，在測量、制圖、資源勘查、導航等許多領域有著廣泛的應用，因而引起了廣泛的關注。本文介紹了GPS的基本工作原理，闡述了其在礦山測量中發揮的重要作用。

　　關鍵詞： GPS, 礦山測量,工作原理

　　1 前言

　　傳統的測量工作中，不僅使用儀器種類繁多、人員多，而且測量精度在施工作業現場由于各方面的阻擋和干擾，也受到影響。GPS自身的優越性使得測量工作變得簡單方便，它的應用在很大程度上綜合代替了傳統測量儀器，并且在作業效率上有很大的提高。

　　2 原理與組成

　　2.1 GPS衛星定位的基本原理

　　GPS(Global Positioning System)系統，起初是美國國防部為了滿足軍事上對定位和導航的需要于1972年開始研究的。就無線電導航定位來說，設想在地面上有三個無線電信號發射臺，其坐標為已知，用戶接收機在某一時刻采用無線電測距的方法分別測得了接收機至三個發射臺的距離d1、d2、d3,只需以三個發射臺為球心，以d1、d2、d3,為半徑作出三個定位球面，即可交會出用戶接收機的空間位置。

　　將無線電信號發射臺從地面點辦到衛星上，組成一個衛星導航定位系統，應用無線電測距交會的原理便可由三個以上地面已知點(控制站)交會出衛星的位置，反之，利用三個以上衛星的已知空間位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置，如圖1 所示。這就是GPS衛星定位的基本原理。

　　圖1 GPS衛星定位的原理

　　2.2 GPS系統組成

　　GPS系統包括三大部分:空間部分,即GPS衛星星座;地面控制部分，即地面監控系統;用戶設備部分，即GPS信號接收機。

　　GPS衛星星座見圖2，其基本參數是：衛星顆數24,衛星軌道面個數為6，衛星高度為20200km，軌道傾角為55°衛星運行周期為11h58min(恒星時12h)，載波頻率為1575.42MHZ和1227.60MHZ。衛星通過天頂時，衛星可見時間為5h，在地球表面上任何地點任何時刻，在高度角15°以上平均可同時觀測到6顆衛星，最多可達9顆衛星。

　　圖2 衛星星座

　　GPS工作衛星的地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。

　　GPS信號接收機的任務是:能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維坐標，甚至三維速度和時間。

　　2.3 GPS-RTK工作原理[1]

　　利用差分技術來完善GPS定位功能。差分GPS定位技術是用2臺或2臺以上的GPS接收機同時接受衛星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站。其他的用來測定未知的坐標(移動站)。工作原理是基準站根據改正點的準確坐標求出到衛星的距離的改正數并將這一改正數發給移動站，移動站接收到這一改正數來改正其定位結果。

　　目前用于差分定位其精度可達亞米級至厘米級。GPS接收機體積越來越小，重量越來越輕，野外觀測方便易行。

　　3 GPS野外觀測

　　GPS野外觀測應嚴格按照要求進行。其主要步驟如下：

　　(1)安置天線，天線安置是GPS精密測量的重要保證，要仔細對中、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。

　　(2)安置GPS接收機，GPS接收機應安置在距天線不遠的安全處，連接天線及電源電纜，并確保無誤。

　　(3)按規定時間打開GPS接收機，輸入測站名、衛星截止高度角、衛星信號采樣間隔等。詳細情況可見儀器操作手冊。

　　(4)一個時段測量結束后要查看儀器高和測站名是否輸入，確保無誤再關機、關電源。

　　外業觀測成果經檢核無誤后，便可進行數據處理。

　　4 GPS在礦山測量中的作用

　　GPS在礦山測量中可用于鉆孔、境界線工程放樣、地表地形測量，利用GPS-RTK的快速定位和實時得到坐標結果的特點，在一定的測量環境中可以進行地形的碎部測量。地形點的測量可以在數據采集的功能下進行，也可以根據現場地形的實際情況進行測量設定，在測量的過程中可以設定按距離進行采集，距離可以是人為設定;在勻速運動測量的過程中，也可以按時間設定采集，而且時間間隔也可人為設定，采集完的地形點坐標經過成圖處理，生成數字化礦山地形圖。

　　GPS也能用于礦區大比例尺地形圖的測繪[2]，采用GPS-RTK測量技術，基準站設置好啟用參數到固定解后校正就可以自動運行，一個流動站只需要一個人就可以操作，在沿線碎部點上只需要停留幾秒鐘就可以獲得每點坐標、高程，再結合輸入的點特征編碼及屬性信息，構成碎部點的數據庫，通過計算機專業繪圖軟件CASS[3]，數據處理，即可繪成DWG數據文件的地形圖。

　　GPS還用于礦山土方工程量驗收測量，可建立單基站CORS系統實現無人值守，用VRS技術提供GPS實時測量數據服務，還可配合成圖軟件形成管理一體化數據鏈，減少數據轉抄，輸入等中間環節。

　　GPS在礦區控制網的布設、地表沉陷分析、巷道貫通測量、礦山測繪管理工程也發揮著重要作用，利用GPS-RTK的測量手段，可以得到每一個測點的三維坐標，并且可以以數據、圖形和位置等不同的表現形式反映到不同的應用環境中。

　　5 結束語

　　GPS在礦山測量工作中應用廣泛，它改變了傳統的測量工作方式，突破了經典測量中的種種限制，解決了傳統測量方法在各個控制點互不通視的條件下無法解決的問題。它適合在地形復雜的礦區作業，且工作效率和作業精度高。它還促進了礦山地形圖的數字化管理和使用，在礦山測量工作中有著舉足輕重的地位。

　　參考文獻

　　[1] 張應學.GPS在礦山測量中的工作原理及應用分析[J].中國新技術新產品,2010，5

　　[2] 汪莉萍.GPS-RTK技術在露天礦山測量中的應用[J].銅業工程,2011，4

　　[3] 南方測繪儀器有限公司.CASS2008參考手冊[M].2008