GPS在露天礦山上的應(yīng)用解析課件

1、GPS在露天礦山上的應(yīng)用第1頁(yè)，共27頁(yè)。GPS系 統(tǒng)組成GP S系統(tǒng)是以24顆衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)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(shè)備部分(接收機(jī))三個(gè)獨(dú)立部分組成。第2頁(yè)，共27頁(yè)。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(shí)間信息，用戶設(shè)備(接收機(jī))接收到信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置(X,Y ,Z )、三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度等數(shù)據(jù)。目前 ， GP S系統(tǒng)提供的單機(jī)定位精度達(dá)到米級(jí)，為了提高定位精度，可以采用差分GPS技術(shù)?，F(xiàn)有 GP S接收機(jī)按精度劃分有手持式GPS(定位導(dǎo)航儀)和測(cè)量型高精度GPS兩種。第3頁(yè)，共27頁(yè)。

2、1、GPS在礦山測(cè)量中的 應(yīng) 用隨著 GP S技術(shù)的發(fā)展，硬件、軟件的配置不斷改進(jìn)，價(jià)格不斷降低，體積和重量越來越小，使高精度GPS應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)成為可能。對(duì)于坡度大、觀測(cè)點(diǎn)之間通視條件差、國(guó)家控制點(diǎn)偏少的礦區(qū)，GPS測(cè)量的優(yōu)勢(shì)是無(wú)可比擬的，GPS觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)須通視，操作簡(jiǎn)單且十分迅速，可以做到隨用隨測(cè)，給野外測(cè)量帶來了極大方便。第4頁(yè)，共27頁(yè)。1）GPS在露天礦地表測(cè)量的優(yōu)點(diǎn) 采用GPS在露天礦地表測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)有：測(cè)量系統(tǒng)不受氣候和光線的限制；測(cè)量速度快，減少人力，龐大的數(shù)據(jù)可用GIS處理。采用GPS測(cè)量可以大大提高測(cè)量效率，主要表現(xiàn)在一下四個(gè)方面：儀器安裝方便：傳統(tǒng)的儀器安裝時(shí)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(yīng)用方面：傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器需要很好的通視條件下才能正常工作，而GPS基于無(wú)線電信號(hào)，對(duì)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(yīng)用。第5頁(yè)，共27頁(yè)。靈活性：傳統(tǒng)的傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器需要安裝在固定點(diǎn)上，人員須不行到測(cè)量區(qū)。采用GPS可以在車輛上對(duì)路面、廢石堆頂進(jìn)行測(cè)量，其精度完全達(dá)到要求?？衫眯裕簜鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)不緊湊，含有大量的活動(dòng)部件，時(shí)間久了很容易損壞，而GPS沒有活動(dòng)部件，是一個(gè)整體，大大減少了損壞的可能。第6頁(yè)，共27頁(yè)。2）GPS測(cè)量系統(tǒng)的組成GPS測(cè)量系統(tǒng)主要由GPS設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。(1) GPS 接收設(shè)備在基

4、準(zhǔn) 站 和用戶站上，分別設(shè)置GPS接收機(jī)。由于雙頻觀測(cè)值不僅精度高，而且有利于快速準(zhǔn)確地解算整周未知數(shù)。當(dāng)基準(zhǔn)站為多用戶服務(wù)時(shí)，其接收機(jī)的采樣率應(yīng)與用戶接收機(jī)采用率最高的相一致。第7頁(yè)，共27頁(yè)。(2) 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準(zhǔn)站的無(wú)線電發(fā)射臺(tái)與用戶站的接收機(jī)組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準(zhǔn)站的距離、環(huán)境質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。(3) 軟件系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功 能對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性、測(cè)結(jié) 果的可靠性和精確性，具有決定性意義。第8頁(yè)，共27頁(yè)。3) GPS技術(shù)在礦山測(cè)量中的作業(yè)流程內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備：包括以下幾點(diǎn) 根據(jù)工程項(xiàng)目，設(shè)定工程名稱; 參

5、數(shù)設(shè)置:基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為4一5S，流動(dòng)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為1一2S，高度截止角通常設(shè)定為10度。 若已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則輸人手簿。 實(shí)施工程放樣前內(nèi)業(yè)輸人每個(gè)放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)、線路方位角，以便野外實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確放樣。第9頁(yè)，共27頁(yè)。求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)礦山 測(cè) 量 是在北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就存在WGS一84坐標(biāo)與北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。由于RTK 作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。第10頁(yè)，共27頁(yè)。基準(zhǔn)站的安置為保 證 觀 測(cè)的精度和提高工作效率，基準(zhǔn)站的安置應(yīng)滿足下列條件?；?準(zhǔn) 站可設(shè)立在精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可設(shè)立在條件較好的未知點(diǎn)上。

6、基 準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇在地勢(shì)較高、通視無(wú)遮擋、電臺(tái)有良好覆蓋區(qū)域的地方，首選是測(cè)區(qū)中央地區(qū)。為 防 止多路徑效應(yīng)和數(shù)據(jù)鏈的丟失，基準(zhǔn)站2朋米范圍內(nèi)應(yīng)無(wú)高壓電線、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)、無(wú)線電發(fā)射臺(tái)等干擾源，周圍應(yīng)無(wú)CPS信號(hào)反射源。基 準(zhǔn) 站電臺(tái)的天線應(yīng)架設(shè)在GPS接收機(jī)主機(jī)的北方。因?yàn)槟媳睒O附近是衛(wèi)星的空洞區(qū)。第11頁(yè)，共27頁(yè)。2、GPS在露天礦開采設(shè)備優(yōu)化和控制上的應(yīng)用第12頁(yè)，共27頁(yè)。1)鉆機(jī)精確定位于作業(yè)控制 基于GPS的露天礦鉆機(jī)精確定位于控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)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(dá)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(shù)人員將生產(chǎn)計(jì)劃通過無(wú)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(jī)不僅可以通過機(jī)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(yè)，共27頁(yè)。還可以準(zhǔn)確地了解正在鏟挖的高度情況。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄電鏟工作進(jìn)度，更新機(jī)載計(jì)算機(jī)的顯示，并把信息及時(shí)的反饋給控制中心，以便進(jìn)行存儲(chǔ)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(yùn)輸卡車很好的配合，保障裝載工作的順利進(jìn)行。第14頁(yè)，共27頁(yè)。3)運(yùn)輸卡車跟蹤與優(yōu)化調(diào)度基于GPS的露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)露天礦運(yùn)輸卡車的自動(dòng)跟蹤和優(yōu)化調(diào)度。露天礦運(yùn)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(wú)線電通訊發(fā)送到礦山控制中心的計(jì)算機(jī)

8、，控制中心優(yōu)化確定每臺(tái)卡車確定最佳運(yùn)輸線路，并將信息發(fā)送到運(yùn)輸卡車上，實(shí)現(xiàn)對(duì)卡車的跟蹤和調(diào)度。第15頁(yè)，共27頁(yè)。利用車載GPS系統(tǒng)，卡車司機(jī)可以隨時(shí)記錄卡車的運(yùn)輸速度、堵塞地點(diǎn)和運(yùn)輸循環(huán)時(shí)間，以及卡車的裝載點(diǎn)和卸載點(diǎn)。系統(tǒng)通過分析這些數(shù)據(jù)來確定最佳調(diào)度方案。此外，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和車載監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)為實(shí)現(xiàn)視頻礦山(video arcade age mines)奠定了基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)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(chǔ)再次提高了露天礦設(shè)備的作業(yè)效率和降低了作業(yè)成本。第16頁(yè)，共27頁(yè)。DISPATCH系統(tǒng)：Dispatch是美國(guó)模塊采礦系統(tǒng)公司開發(fā)的一種礦山管理系統(tǒng)，應(yīng)用于露天

9、礦的優(yōu)化運(yùn)輸生產(chǎn)。起初，這個(gè)系統(tǒng)只是用于運(yùn)輸汽車的調(diào)度，如今已經(jīng)發(fā)展成可以全面提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)也可與主設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的用于監(jiān)測(cè)機(jī)況的機(jī)載可編程邏輯控制器(PLC)和衛(wèi)星定位系按(GPS)連接。第17頁(yè)，共27頁(yè)。該系統(tǒng)主要包括：(1)卡車調(diào)度系統(tǒng)：是Dispatch中的主系統(tǒng)，也是最基本的系統(tǒng)；(2)鉆機(jī)穿孔管理系統(tǒng)：包括車載計(jì)算機(jī)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(dá)1m5m以內(nèi)；(4)邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：這是一套基于無(wú)線數(shù)據(jù)通訊的系統(tǒng)，能連續(xù)地收集邊坡移動(dòng)的數(shù)據(jù)，并送至采場(chǎng)辦公室內(nèi)的計(jì)算機(jī)顯示存儲(chǔ)和運(yùn)算處理，由此確定各處的邊坡穩(wěn)

10、定情況，并能及時(shí)報(bào)警。第18頁(yè)，共27頁(yè)。(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(shè)備管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)能記錄每一臺(tái)設(shè)備作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間和全部作業(yè)情況；(7)設(shè)備故障監(jiān)控報(bào)警：現(xiàn)有大型設(shè)備都能夠?qū)υO(shè)備重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，該系統(tǒng)可通過無(wú)線通訊與中央計(jì)算機(jī)聯(lián)接起來，對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)通知有關(guān)人員進(jìn)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(jìn)行模擬測(cè)試，是非常有用的虛擬采礦工具。第19頁(yè)，共27頁(yè)。3、GPS 在礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 （1）用于露天礦山邊坡變形GPS 自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩部分，至少由3 臺(tái)GPS 接收機(jī)組成。為了提高監(jiān)測(cè)的精度和可靠性，邊坡監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)選用2 個(gè)。數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，GPS 數(shù)據(jù)傳輸采用有線和無(wú)線相結(jié)合方法。第20頁(yè)，共27頁(yè)。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(xiǎn)程度，可進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)或階段性間斷觀測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)的接收機(jī)將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，進(jìn)行處理、分析、貯存。（2）GPS 應(yīng)用于露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)監(jiān)測(cè)精度高。應(yīng)用實(shí)踐證明：在50 km 以內(nèi)時(shí)，GPS 相對(duì)定位精度可達(dá)將10-6監(jiān)測(cè)基點(diǎn)選擇在遠(yuǎn)離露天礦山開挖范圍的穩(wěn)定參考基準(zhǔn)點(diǎn)上，保證較高的測(cè)量精度。第21頁(yè)，共27頁(yè)。監(jiān)測(cè)時(shí)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(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位僅需1520 min；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距15 km 以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1 2 min；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè)1 2 min，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘。監(jiān)測(cè)范圍廣。可對(duì)較大的礦區(qū)范圍進(jìn)行批量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。第22頁(yè)，共27頁(yè)。監(jiān)測(cè)站間無(wú)需通視。GPS 測(cè)量不需要測(cè)站之間相互通視，只需測(cè)站上空開闊即可。因此采用該法監(jiān)測(cè)不僅監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)靈活，而且可節(jié)省大量的造價(jià)費(fèi)用獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移信息的三維變化。氣候條件對(duì)觀測(cè)影響較小，可進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)；GPS 外業(yè)作業(yè)及內(nèi)業(yè)作業(yè)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)自動(dòng)

13、處理。第23頁(yè)，共27頁(yè)。（3）露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容 選定變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇直接影響到GPS 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。這要求GPS 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)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(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，不但考慮到當(dāng)前露天礦山邊坡變形的迫切需要，還應(yīng)考慮到整個(gè)礦區(qū)將來邊坡變形的需要，應(yīng)將監(jiān)測(cè)基點(diǎn)建在穩(wěn)定地層上。第24頁(yè)，共27頁(yè)。GPS 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)GPS 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)是采用GPS 技術(shù)對(duì)露天礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)目的選擇不同等級(jí)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)及相應(yīng)精度的基點(diǎn)坐標(biāo)。GPS 監(jiān)測(cè)及其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集使用單頻GPS 接收機(jī)，其中除布設(shè)接收機(jī)在監(jiān)測(cè)基點(diǎn)，以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)外，其它接收機(jī)依次布設(shè)于各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。第25頁(yè)，共27頁(yè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理和變形分析GPS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用WGS - 84 坐標(biāo)系，最常采用的數(shù)據(jù)形式為經(jīng)度、緯度和橢球高程。對(duì)于邊坡變形監(jiān)測(cè)可以不進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過比較不同時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果便可直接求出響應(yīng)的差值或計(jì)算出相應(yīng)的位移量。第26頁(yè)，共