矿山地面控制测量中GPS结合全站仪的应用研究

摘要：矿山地面控制测量作为矿山开采前期和运营过程中的重要基础工作，对于保障矿山开采的准确性、安全性以及资源合理开发起着关键作用。传统的矿山地面控制测量方法，如三角测量、导线测量等，存在测量效率低、受地形限制大、精度难以满足复杂矿山环境需求等问题。随着全球定位系统（GPS）和全站仪等先进测量技术的不断发展，为矿山地面控制测量带来了新的机遇。

关键词：GPS；全站仪；矿山地面控制测量；应用

随着我国经济的发展，一些新的技术得到了发展，其中GPS技术和全站仪被应用在了矿山地表控制测量中，以便应对复杂的地形环境，满足测量的需要。将GPS与全站仪结合应用于矿山地面控制测量，能够充分发挥两者的优势，有效解决传统测量方法的不足，提高矿山地面控制测量的精度和效率。

一、GPS与全站仪的测量原理及特点

1.1GPS测量原理及特点

GPS，即全球定位系统，其工作机制基于接收卫星发射的信号，运用空间距离交会原理来精准确定地面点的三维坐标。在实际作业过程中，GPS接收机同时接收至少四颗卫星的信号，通过测量卫星信号传播到接收机的时间，乘以光速得出卫星与接收机之间的距离，进而利用空间后方交会的数学方法计算出接收机所在地面点的三维坐标。

其显著特点包含多个方面。定位速度方面，凭借先进的信号处理技术与高效的算法，GPS能够在极短时间内，通常数秒至数分钟不等，快速获取大量控制点的坐标，极大地提升了测量前期控制点布设的效率。测量范围极为广泛，得益于全球卫星组网，几乎可以无缝覆盖全球任何区域，无论是荒无人烟的沙漠，还是波涛汹涌的海洋，亦或是高山峻岭，只要能够接收到卫星信号，均可开展测量工作。并且，GPS测量不受通视条件限制，这一特性使其在地形复杂、视线受阻的区域，如深山峡谷、茂密丛林等地，依然能够顺利进行测量，有效克服了传统测量方式的局限性。

然而，GPS并非尽善尽美。在测量精度领域，尤其是在高程测量上，存在一定的短板。由于卫星信号传播过程中易受大气层折射、电离层延迟等因素影响，导致高程测量误差相对较大，难以满足对高程精度要求极高的工程测量场景。同时，GPS测量容易受到卫星信号遮挡、多路径效应等因素干扰。例如，在高楼林立的城市区域，卫星信号可能被建筑物遮挡，导致信号失锁或测量精度下降；在水面、金属表面等反射性强的区域，信号会发生反射，形成多路径效应，使得测量结果出现偏差。

1.2全站仪测量原理及特点

全站仪是一种集测角、测距、测高差功能于一体的综合性测量仪器，堪称测量领域的“多面手”。它通过发射和接收电磁波来测量两点间的距离，其测距原理主要有脉冲式测距和相位式测距两种。脉冲式测距是通过测量发射光脉冲和接收光脉冲的时间差来计算距离；相位式测距则是通过测量发射光和接收光的相位差，利用波长与相位差的关系来计算距离。同时，全站仪利用角度测量装置，包含水平度盘和垂直度盘，精确测量水平角和垂直角，通过三角函数关系，进而确定目标点的位置。

全站仪的优势十分突出。测量精度方面，在短距离测量中，其角度和距离测量精度可达毫米级，能够满足对精度要求苛刻的工程测量任务，如建筑物施工测量、精密设备安装测量等。操作灵活性上，全站仪可根据不同的测量场景和需求，进行各种复杂地形的测量作业。无论是在起伏较大的山地，还是狭窄的小巷，亦或是室内环境，都能通过灵活调整测量位置和角度，完成测量任务。

不过，全站仪也存在一定的局限性。其测量需要通视条件，即测量仪器与目标点之间必须保持视线畅通，这在地形复杂、障碍物较多的区域，如矿山的山谷地带、建筑物密集区等，会极大地限制其测量作业的开展。并且，全站仪测量范围相对较小，一般常规全站仪的有效测距范围在数千米以内，难以满足大面积测量需求。在大面积测量时，需要大量的转站和观测工作，导致测量效率较低，耗费大量的人力、时间成本。例如，在进行大型矿山的大面积地形测量时，若仅使用全站仪，需要频繁地设置测站、搬站，测量周期将大幅延长。

二、GPS结合全站仪在矿山地面控制测量中的优势

2.1提高测量精度

在矿山地面控制测量中，GPS主要用于获取大面积的控制点平面坐标，其平面定位精度较高。而全站仪则可对GPS测量的控制点进行加密和检核，利用其高精度的角度和距离测量功能，提高局部区域的测量精度。例如，在矿山地形复杂区域，通过全站仪对GPS控制点进行补充测量，能够更准确地确定地形变化点的位置，从而提高整个控制网的精度。

2.2增强作业灵活性

GPS不受通视条件限制，可在矿山的开阔区域快速建立控制点。而全站仪则适用于GPS信号受遮挡的区域，如山谷、建筑物密集区等。两者结合，能够根据矿山的实际地形和测量需求，灵活选择测量方法，提高测量作业的适应性。例如，在矿山的工业广场附近，由于建筑物较多，GPS信号易受干扰，可采用全站仪进行测量；而在矿山的露天采场等开阔区域，则优先使用GPS测量。

2.3扩大测量覆盖范围

GPS的大面积测量能力与全站仪的局部高精度测量能力相结合，能够实现对矿山地面的全面覆盖测量。先利用GPS建立大范围的首级控制网，再通过全站仪对控制网进行加密和细化测量，从而确保矿山各个区域都能得到准确的测量数据。例如，对于大型矿山，通过GPS快速建立整体控制框架，再利用全站仪对采区、运输道路等关键区域进行详细测量，能够满足矿山不同层次的测量需求。

三、GPS结合全站仪进行矿山地面控制测量的工作流程

3.1测量前的准备工作

控制点选取：根据矿山的地形、地质条件和测量要求，合理选取GPS和全站仪的控制点。控制点应分布均匀，能够覆盖整个矿山区域，且在GPS信号良好的区域选择GPS控制点，在需要高精度测量的区域或GPS信号受遮挡区域选择全站仪控制点。

设备调试：对GPS接收机和全站仪进行全面调试，检查设备的各项功能是否正常，如GPS接收机的卫星信号接收能力、全站仪的测距精度和角度测量精度等。同时，设置好设备的参数，如GPS的坐标系统、测量模式，全站仪的棱镜常数、气象改正参数等。

3.2测量过程中的数据采集

GPS数据采集：在选定的GPS控制点上，安置GPS接收机，按照设定的测量模式和时间间隔进行观测，获取控制点的平面坐标。观测过程中，要注意卫星信号的质量，确保观测数据的可靠性。对于观测数据质量不佳的点，应进行重测。

全站仪数据采集：在全站仪控制点上，架设全站仪，对周围的目标点进行角度和距离测量。测量过程中，要严格按照操作规程进行，确保测量数据的准确性。对于需要加密的控制点，可采用导线测量、交会测量等方法进行测量。

3.3测量后的数据处理与分析

坐标转换：由于GPS测量得到的是WGS-84坐标系下的坐标，而矿山测量通常采用国家坐标系或地方坐标系，因此需要进行坐标转换。可采用七参数法、三参数法等方法进行坐标转换，将GPS测量数据转换到统一的坐标系下。

精度评定：对GPS和全站仪测量得到的数据进行精度评定，计算控制点的平面位置精度和高程精度。通过对比测量数据与已知控制点数据，分析测量误差的大小和分布情况，对测量结果进行质量评估。对于精度不符合要求的测量数据，要分析原因并进行处理。

结语：

尽管在实际应用中可能会面临设备成本高、技术人员要求高、数据融合难度大等挑战，但随着测量技术的不断发展和应用经验的积累，GPS结合全站仪技术在矿山地面控制测量中的应用将更加广泛和深入。

参考文献：

[1]吴勋元.现代测绘技术在从江县锰矿矿区测量中的应用[J].有色金属文摘，2017，032（006）：38-39.