GPS在露天礦山上的應用解析課件

1、GPS在露天礦山上的應用第1頁，共27頁。GPS系 統(tǒng)組成GP S系統(tǒng)是以24顆衛(wèi)星為基礎的無線電導航定位系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)由空間衛(wèi)星部分、地面支撐部分(監(jiān)控部分)、用戶設備部分(接收機)三個獨立部分組成。第2頁，共27頁。GPS的定位原理GP S的 定 位原理:衛(wèi)星連續(xù)發(fā)送衛(wèi)星星歷參數(shù)和時間信息，用戶設備(接收機)接收到信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置(X,Y ,Z )、三維方向以及運動速度等數(shù)據(jù)。目前 ， GP S系統(tǒng)提供的單機定位精度達到米級，為了提高定位精度，可以采用差分GPS技術。現(xiàn)有 GP S接收機按精度劃分有手持式GPS(定位導航儀)和測量型高精度GPS兩種。第3頁，共27頁。

2、1、GPS在礦山測量中的 應 用隨著 GP S技術的發(fā)展，硬件、軟件的配置不斷改進，價格不斷降低，體積和重量越來越小，使高精度GPS應用于實際生產(chǎn)成為可能。對于坡度大、觀測點之間通視條件差、國家控制點偏少的礦區(qū)，GPS測量的優(yōu)勢是無可比擬的，GPS觀測點之間無須通視，操作簡單且十分迅速，可以做到隨用隨測，給野外測量帶來了極大方便。第4頁，共27頁。1）GPS在露天礦地表測量的優(yōu)點 采用GPS在露天礦地表測量，其優(yōu)點有：測量系統(tǒng)不受氣候和光線的限制；測量速度快，減少人力，龐大的數(shù)據(jù)可用GIS處理。采用GPS測量可以大大提高測量效率，主要表現(xiàn)在一下四個方面：儀器安裝方便：傳統(tǒng)的儀器安裝時間取決于地

3、形、能見度等，而采用GPS就不存在在這樣的問題。應用方面：傳統(tǒng)測量儀器需要很好的通視條件下才能正常工作，而GPS基于無線電信號，對氣候和光線沒有特殊的要求，可以在大多數(shù)天氣條件下應用。第5頁，共27頁。靈活性：傳統(tǒng)的傳統(tǒng)測量儀器需要安裝在固定點上，人員須不行到測量區(qū)。采用GPS可以在車輛上對路面、廢石堆頂進行測量，其精度完全達到要求?？衫眯裕簜鹘y(tǒng)的測量儀器結構不緊湊，含有大量的活動部件，時間久了很容易損壞，而GPS沒有活動部件，是一個整體，大大減少了損壞的可能。第6頁，共27頁。2）GPS測量系統(tǒng)的組成GPS測量系統(tǒng)主要由GPS設備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構成。(1) GPS 接收設備在基

4、準 站 和用戶站上，分別設置GPS接收機。由于雙頻觀測值不僅精度高，而且有利于快速準確地解算整周未知數(shù)。當基準站為多用戶服務時，其接收機的采樣率應與用戶接收機采用率最高的相一致。第7頁，共27頁。(2) 數(shù)據(jù)傳輸設備數(shù)據(jù)傳輸設備也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準站的無線電發(fā)射臺與用戶站的接收機組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準站的距離、環(huán)境質量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。(3) 軟件系統(tǒng)支持實時動態(tài)測量的軟件系統(tǒng)的質量和功 能對于保障實時動態(tài)測量的可行性、測結 果的可靠性和精確性，具有決定性意義。第8頁，共27頁。3) GPS技術在礦山測量中的作業(yè)流程內業(yè)準備：包括以下幾點 根據(jù)工程項目，設定工程名稱; 參

5、數(shù)設置:基準站的數(shù)據(jù)采樣率一般為4一5S，流動站的數(shù)據(jù)采樣率一般為1一2S，高度截止角通常設定為10度。 若已知坐標轉換參數(shù)，則輸人手簿。 實施工程放樣前內業(yè)輸人每個放樣點的設計坐標、線路方位角，以便野外實時、準確放樣。第9頁，共27頁。求定測區(qū)轉換參數(shù)礦山 測 量 是在北京坐標系或獨立坐標系上進行的，這就存在WGS一84坐標與北京坐標系或獨立坐標系的坐標轉換問題。由于RTK 作業(yè)要求實時給出當?shù)刈鴺耍@使得坐標轉換工作非常重要。第10頁，共27頁?；鶞收镜陌仓脼楸?證 觀 測的精度和提高工作效率，基準站的安置應滿足下列條件。基 準 站可設立在精確坐標的已知點上，也可設立在條件較好的未知點上。

6、基 準站安置應選擇在地勢較高、通視無遮擋、電臺有良好覆蓋區(qū)域的地方，首選是測區(qū)中央地區(qū)。為 防 止多路徑效應和數(shù)據(jù)鏈的丟失，基準站2朋米范圍內應無高壓電線、電視差轉臺、無線電發(fā)射臺等干擾源，周圍應無CPS信號反射源。基 準 站電臺的天線應架設在GPS接收機主機的北方。因為南北極附近是衛(wèi)星的空洞區(qū)。第11頁，共27頁。2、GPS在露天礦開采設備優(yōu)化和控制上的應用第12頁，共27頁。1)鉆機精確定位于作業(yè)控制 基于GPS的露天礦鉆機精確定位于控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)鉆機的精確定位和在三維空間條件下精確確定鉆孔的位置，并達到很高的精度。2)電鏟作業(yè)優(yōu)化控制電鏟上安裝GPS系統(tǒng)后，技術人員將生產(chǎn)計劃通過無線電

7、傳輸系統(tǒng)從控制中心發(fā)送到電鏟上的GPS系統(tǒng)。電鏟司機不僅可以通過機載顯示器清楚的了解電鏟周圍巖石堆積情況及其他各種障礙物信息，第13頁，共27頁。還可以準確地了解正在鏟挖的高度情況。系統(tǒng)可以實時記錄電鏟工作進度，更新機載計算機的顯示，并把信息及時的反饋給控制中心，以便進行存儲和分析。裝備了GPS系統(tǒng)的電鏟由于可以精確定位，因此可以與運輸卡車很好的配合，保障裝載工作的順利進行。第14頁，共27頁。3)運輸卡車跟蹤與優(yōu)化調度基于GPS的露天礦卡車調度系統(tǒng)可以實現(xiàn)露天礦運輸卡車的自動跟蹤和優(yōu)化調度。露天礦運輸卡車上安裝的GPS系統(tǒng)在獲得卡車的定位信息后，將信息通過無線電通訊發(fā)送到礦山控制中心的計算機

8、，控制中心優(yōu)化確定每臺卡車確定最佳運輸線路，并將信息發(fā)送到運輸卡車上，實現(xiàn)對卡車的跟蹤和調度。第15頁，共27頁。利用車載GPS系統(tǒng)，卡車司機可以隨時記錄卡車的運輸速度、堵塞地點和運輸循環(huán)時間，以及卡車的裝載點和卸載點。系統(tǒng)通過分析這些數(shù)據(jù)來確定最佳調度方案。此外，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和車載監(jiān)測計算機為實現(xiàn)視頻礦山(video arcade age mines)奠定了基礎。實現(xiàn)全面自動化與智能化作業(yè)，在安裝車載監(jiān)視、控制和定位系統(tǒng)的基礎再次提高了露天礦設備的作業(yè)效率和降低了作業(yè)成本。第16頁，共27頁。DISPATCH系統(tǒng)：Dispatch是美國模塊采礦系統(tǒng)公司開發(fā)的一種礦山管理系統(tǒng)，應用于露天

9、礦的優(yōu)化運輸生產(chǎn)。起初，這個系統(tǒng)只是用于運輸汽車的調度，如今已經(jīng)發(fā)展成可以全面提供實時數(shù)據(jù)和前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及儲存數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)也可與主設備生產(chǎn)廠家提供的用于監(jiān)測機況的機載可編程邏輯控制器(PLC)和衛(wèi)星定位系按(GPS)連接。第17頁，共27頁。該系統(tǒng)主要包括：(1)卡車調度系統(tǒng)：是Dispatch中的主系統(tǒng)，也是最基本的系統(tǒng)；(2)鉆機穿孔管理系統(tǒng)：包括車載計算機系統(tǒng)、傳感器、操作接口面板等；(3)GPS定位系統(tǒng)：目前其精度可達1m5m以內；(4)邊坡監(jiān)測系統(tǒng)：這是一套基于無線數(shù)據(jù)通訊的系統(tǒng)，能連續(xù)地收集邊坡移動的數(shù)據(jù)，并送至采場辦公室內的計算機顯示存儲和運算處理，由此確定各處的邊坡穩(wěn)

10、定情況，并能及時報警。第18頁，共27頁。(5)配礦系統(tǒng)：該系統(tǒng)不僅能能根據(jù)需要配礦，保證選廠穩(wěn)定生產(chǎn)；(6)生產(chǎn)、設備管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)能記錄每一臺設備作業(yè)的運行時間和全部作業(yè)情況；(7)設備故障監(jiān)控報警：現(xiàn)有大型設備都能夠對設備重要參數(shù)進行監(jiān)控，該系統(tǒng)可通過無線通訊與中央計算機聯(lián)接起來，對設備實時監(jiān)控并及時通知有關人員進行維修處理；(8)模擬系統(tǒng)：該系統(tǒng)可讓礦山在新的生產(chǎn)作業(yè)之前先進行模擬測試，是非常有用的虛擬采礦工具。第19頁，共27頁。3、GPS 在礦山邊坡變形監(jiān)測中的應用 （1）用于露天礦山邊坡變形GPS 自動監(jiān)測系統(tǒng)該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理3 大部分組成。數(shù)據(jù)采集GPS

11、數(shù)據(jù)采集分為基準點和監(jiān)測點兩部分，至少由3 臺GPS 接收機組成。為了提高監(jiān)測的精度和可靠性，邊坡監(jiān)測基準點選用2 個。數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)現(xiàn)場條件，GPS 數(shù)據(jù)傳輸采用有線和無線相結合方法。第20頁，共27頁。GPS 數(shù)據(jù)處理、分析和管理根據(jù)邊坡位置的重要性和危險程度，可進行連續(xù)觀測或階段性間斷觀測。整個系統(tǒng)的接收機將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模M行處理、分析、貯存。（2）GPS 應用于露天礦山邊坡變形監(jiān)測的特點監(jiān)測精度高。應用實踐證明：在50 km 以內時，GPS 相對定位精度可達將10-6監(jiān)測基點選擇在遠離露天礦山開挖范圍的穩(wěn)定參考基準點上，保證較高的測量精度。第21頁，共27頁。監(jiān)測時間短。隨著G

12、PS 系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前20 km 以內相對靜態(tài)定位僅需1520 min；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距15 km 以內時，流動站觀測時間只需1 2 min；動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測1 2 min，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。監(jiān)測范圍廣。可對較大的礦區(qū)范圍進行批量監(jiān)測點的監(jiān)測。第22頁，共27頁。監(jiān)測站間無需通視。GPS 測量不需要測站之間相互通視，只需測站上空開闊即可。因此采用該法監(jiān)測不僅監(jiān)測點布設靈活，而且可節(jié)省大量的造價費用獲得監(jiān)測點位移信息的三維變化。氣候條件對觀測影響較小，可進行連續(xù)觀測；GPS 外業(yè)作業(yè)及內業(yè)作業(yè)簡單、數(shù)據(jù)自動

13、處理。第23頁，共27頁。（3）露天礦山邊坡變形監(jiān)測主要內容 選定變形監(jiān)測基準點露天礦山邊坡變形監(jiān)測基準點的選擇直接影響到GPS 監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。這要求GPS 監(jiān)測基準點穩(wěn)定可靠且盡可能不受各種不利因素的影響，此外，在選定變形監(jiān)測基準點時，不但考慮到當前露天礦山邊坡變形的迫切需要，還應考慮到整個礦區(qū)將來邊坡變形的需要，應將監(jiān)測基點建在穩(wěn)定地層上。第24頁，共27頁。GPS 變形監(jiān)測網(wǎng)的設計GPS 變形監(jiān)測網(wǎng)的設計是采用GPS 技術對露天礦山邊坡變形監(jiān)測的關鍵。應根據(jù)不同的監(jiān)測目的選擇不同等級的監(jiān)測網(wǎng)及相應精度的基點坐標。GPS 監(jiān)測及其坐標轉換野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集使用單頻GPS 接收機，其中除布設接收機在監(jiān)測基點，以進行長時間的連續(xù)觀測外，其它接收機依次布設于各個監(jiān)測點。第25頁，共27頁。監(jiān)測結果的數(shù)據(jù)處理和變形分析GPS 監(jiān)測系統(tǒng)采用WGS - 84 坐標系，最常采用的數(shù)據(jù)形式為經(jīng)度、緯度和橢球高程。對于邊坡變形監(jiān)測可以不進行坐標轉換，通過比較不同時間的觀測結果便可直接求出響應的差值或計算出相應的位移量。第26頁，共