GPS在露天矿山上的应用

GPS在露天矿山上的应用GPS系统组成GPS系统是以24颗卫星为基础的无线电导航定位系统。GPS系统由空间卫星部分、地面支撑部分(监控部分)、用户设备部分(接收机)三个独立部分组成。GPS的定位原理GPS的定位原理:卫星连续发送卫星星历参数和时间信息，用户设备(接收机)接收到信息后，经过计算求出接收机的三维位置(X,Y,Z)、三维方向以及运动速度等数据。目前，GPS系统提供的单机定位精度达到米级，为了提高定位精度，可以采用差分GPS技术。现有GPS接收机按精度划分有手持式GPS(定位导航仪)和测量型高精度GPS两种。1、GPS在矿山测量中的应用

随着GPS技术的发展，硬件、软件的配置不断改进，价格不断降低，体积和重量越来越小，使高精度GPS应用于实际生产成为可能。对于坡度大、观测点之间通视条件差、国家控制点偏少的矿区，GPS测量的优势是无可比拟的，GPS观测点之间无须通视，操作简单且十分迅速，可以做到随用随测，给野外测量带来了极大方便。1）GPS在露天矿地表测量的优点

采用GPS在露天矿地表测量，其优点有：测量系统不受气候和光线的限制；测量速度快，减少人力，庞大的数据可用GIS处理。采用GPS测量可以大大提高测量效率，主要表现在一下四个方面：①仪器安装方便：传统的仪器安装时间取决于地形、能见度等，而采用GPS就不存在在这样的问题。②应用方面：传统测量仪器需要很好的通视条件下才能正常工作，而GPS基于无线电信号，对气候和光线没有特殊的要求，可以在大多数天气条件下应用。③灵活性：传统的传统测量仪器需要安装在固定点上，人员须不行到测量区。采用GPS可以在车辆上对路面、废石堆顶进行测量，其精度完全达到要求。④可利用性：传统的测量仪器结构不紧凑，含有大量的活动部件，时间久了很容易损坏，而GPS没有活动部件，是一个整体，大大减少了损坏的可能。2）GPS测量系统的组成GPS测量系统主要由GPS设备、数据传输系统和软件系统构成。(1)GPS接收设备在基准站和用户站上，分别设置GPS接收机。由于双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确地解算整周未知数。当基准站为多用户服务时，其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。(2)数据传输设备数据传输设备也称数据链，由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成，其频率和功率的选择主要取决于用户站与基准站的距离、环境质量、数据的传输速度。(3)软件系统支持实时动态测量的软件系统的质量和功能对于保障实时动态测量的可行性、测结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。3)GPS技术在矿山测量中的作业流程①内业准备：包括以下几点Ⅰ根据工程项目，设定工程名称;Ⅱ参数设置:基准站的数据采样率一般为4一5 S，流动站的数据采样率一般为1一2S，高度截止角通常设定为10度。Ⅲ若已知坐标转换参数，则输人手簿。Ⅳ实施工程放样前内业输人每个放样点的设计坐标、线路方位角，以便野外实时、准确放样。②求定测区转换参数矿山测量是在北京坐标系或独立坐标系上进行的，这就存在WGS一84坐标与北京坐标系或独立坐标系的坐标转换问题。由于RTK作业要求实时给出当地坐标，这使得坐标转换工作非常重要。③基准站的安置为保证观测的精度和提高工作效率，基准站的安置应满足下列条件。Ⅰ基准站可设立在精确坐标的已知点上，也可设立在条件较好的未知点上。Ⅱ基准站安置应选择在地势较高、通视无遮挡、电台有良好覆盖区域的地方，首选是测区中央地区。Ⅲ为防止多路径效应和数据链的丢失，基准站2朋米范围内应无高压电线、电视差转台、无线电发射台等干扰源，周围应无CPS信号反射源。Ⅳ基准站电台的天线应架设在GPS接收机主机的北方。因为南北极附近是卫星的空洞区。2、GPS在露天矿开采设备优化和控制上的应用1)钻机精确定位于作业控制基于GPS的露天矿钻机精确定位于控制系统，可实现钻机的精确定位和在三维空间条件下精确确定钻孔的位置，并达到很高的精度。2)电铲作业优化控制电铲上安装GPS系统后，技术人员将生产计划通过无线电传输系统从控制中心发送到电铲上的GPS系统。电铲司机不仅可以通过机载显示器清楚的了解电铲周围岩石堆积情况及其他各种障碍物信息，还可以准确地了解正在铲挖的高度情况。系统可以实时记录电铲工作进度，更新机载计算机的显示，并把信息及时的反馈给控制中心，以便进行存储和分析。装备了GPS系统的电铲由于可以精确定位，因此可以与运输卡车很好的配合，保障装载工作的顺利进行。3)运输卡车跟踪与优化调度基于GPS的露天矿卡车调度系统可以实现露天矿运输卡车的自动跟踪和优化调度。露天矿运输卡车上安装的GPS系统在获得卡车的定位信息后，将信息通过无线电通讯发送到矿山控制中心的计算机，控制中心优化确定每台卡车确定最佳运输线路，并将信息发送到运输卡车上，实现对卡车的跟踪和调度。利用车载GPS系统，卡车司机可以随时记录卡车的运输速度、堵塞地点和运输循环时间，以及卡车的装载点和卸载点。系统通过分析这些数据来确定最佳调度方案。此外，GPS卫星定位系统和车载监测计算机为实现视频矿山(videoarcadeagemines)奠定了基础。实现全面自动化与智能化作业，在安装车载监视、控制和定位系统的基础再次提高了露天矿设备的作业效率和降低了作业成本。①DISPATCH系统：Dispatch是美国模块采矿系统公司开发的一种矿山管理系统，应用于露天矿的优化运输生产。起初，这个系统只是用于运输汽车的调度，如今已经发展成可以全面提供实时数据和前期生产数据以及储存数据的系统。这个系统也可与主设备生产厂家提供的用于监测机况的机载可编程逻辑控制器(PLC)和卫星定位系按(GPS)连接。该系统主要包括：(1)卡车调度系统：是Dispatch中的主系统，也是最基本的系统；(2)钻机穿孔管理系统：包括车载计算机系统、传感器、操作接口面板等；(3)GPS定位系统：目前其精度可达1m～5m以内；(4)边坡监测系统：这是一套基于无线数据通讯的系统，能连续地收集边坡移动的数据，并送至采场办公室内的计算机显示存储和运算处理，由此确定各处的边坡稳定情况，并能及时报警。(5)配矿系统：该系统不仅能能根据需要配矿，保证选厂稳定生产；(6)生产、设备管理系统：该系统能记录每一台设备作业的运行时间和全部作业情况；(7)设备故障监控报警：现有大型设备都能够对设备重要参数进行监控，该系统可通过无线通讯与中央计算机联接起来，对设备实时监控并及时通知有关人员进行维修处理；(8)模拟系统：该系统可让矿山在新的生产作业之前先进行模拟测试，是非常有用的虚拟采矿工具。3、GPS在矿山边坡变形监测中的应用（1）用于露天矿山边坡变形GPS自动监测系统该系统由数据采集、数据传输和数据处理3大部分组成。①数据采集GPS数据采集分为基准点和监测点两部分，至少由3台GPS接收机组成。为了提高监测的精度和可靠性，边坡监测基准点选用2个。②数据传输根据现场条件，GPS数据传输采用有线和无线相结合方法。③GPS数据处理、分析和管理根据边坡位置的重要性和危险程度，可进行连续观测或阶段性间断观测。整个系统的接收机将观测数据传输到控制中心，进行处理、分析、贮存。（2）GPS应用于露天矿山边坡变形监测的特点①监测精度高。应用实践证明：在50km以内时，GPS相对定位精度可达将10-6监测基点选择在远离露天矿山开挖范围的稳定参考基准点上，保证较高的测量精度。②监测时间短。随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前20km以内相对静态定位仅需15～20min；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距15km以内时，流动站观测时间只需1～2min；动态相对定位测量时，流动站出发时观测1～2min，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。③监测范围广。可对较大的矿区范围进行批量监测点的监测。④监测站间无需通视。GPS测量不需要测站之间相互通视，只需测站上空开阔即可。因此采用该法监测不仅监测点布设灵活，而且可节省大量的造价费用⑤获得监测点位移信息的三维变化。⑥气候条件对观测影响较小，可进行连续观测；GPS外业作业及内业作业简单、数据自动处理。（3）露天矿山边坡变形监测主要内容①选定变形监测基准点露天矿山边坡变形监测基准点的选择直接影响到GPS监测数据的可靠性。这要求GPS监测基准点稳定可靠且尽可能不受各种不利因素的影响，此外，在选定变形监测基准点时，不但考虑到当前露天矿山边坡变形的迫切需要，还应考虑到整个矿区将来边坡变形的需要，应将监测基点建在稳定地层上。②GPS变形监测网的设计GPS变形监测网的设计是采用GPS技术对露天矿山边坡变形监测的关键。应根据不同的监测目的选择不同等级的监测网及相应精度的基点坐标。③GPS监测及其坐标转换野外作业数据采集使用单频GPS接收机，其中除布设接收机在监测基点，以进行长时间的连续观测外，其它接收机依次布设于各个监测点。④监测结果的数据处理和变形分析GPS监测系统采用WGS-84坐标系，最常采用的数据形式为经度、纬度和椭球高程。对于边坡变形监测可以不进行坐标转换，通过比较不同时间的观测结果便可直接求出响应的差值或计算出相应