GPS在露天煤矿半连续开采工艺中的应用

任金萍中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

GPS在露天煤矿半连续开采工艺中的应用

任金萍
中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

本文阐述了全球定位系统在露天矿半连续开采工艺中的作用及其实现原理，为实现半连续开采系统的连续作业提供了理论依据，并对露天开采系统全自动控制的发展方向提出了设想。

全球定位系统；露天矿；半连续开采

引言

露天煤矿半连续工艺应用于运输距离较长，采用汽车运输成本过高的露天煤矿，其工艺介于间断开采工艺和连续开采工艺之间，采用爆破-单斗挖掘机-破碎站（筛分破碎站）-转载机-带式输送机-排土机（或直接运送至料仓）的形式。其优势主要有：扩大连续工艺系统的适用范围；降低物料运输成本；移置式胶带机移设频率降低等。其技术难点在于破碎站、转载机及胶带机受料点之间的动态衔接难度大，上游设备排料点与下游设备受料点对接时，操作困难。因此，实现设备自动对接是露天矿开采亟待解决的问题。

1　GPS简介

1.1简介

全球定位系统（GPS-GlobalPositioningSystem）主要由GPS卫星星座、地面监控系统、信号接收设备三个组成部分。其主要功能是，通过各部分之间的通讯与数据处理，实现定位（精确定位）、导航、授时等功能。GPS具有定位精度高、易操作、全天候无间断工作、被动导航与被动定位等特点，且具有良好的抗干扰能力，保密性强。

GPS卫星星座有6个间距相等的轨道面，共有24颗卫星分布于这些轨道面，其中包括3颗备用卫星。此种布局保证了地球表面任意位置在任何时刻均可同时观测到4至11颗卫星。GPS卫星星座主要有接收并存储导航信息、执行地面监控系统的指令、处理数据、提供时间标准、发送定位信号及导航信号等功能。

地面监控系统的主要作用是:跟踪观测GPS卫星,计算编制卫星星历;监测和控制卫星的健康状况;保持精确的GPS时间系统;向卫星注入导航电文和控制指令。

GPS用户设备由主机、天线、电源及软件等部分组成。其核心设备是GPS接收机。它的主要功能包括：接收由GPS卫星发出的导航信息，捕获伪码和载波并进行跟踪等。

1.2定位原理

四颗卫星到接收机的距离（伪距）公式为：

式中：

ρi(i=1，2，3，4)——卫星i与接收机的距离

C——光速

T——接收机收到信号的时间

Ti(i=1,2,3,4)——卫星发出信号的时间

δk——钟差，时钟与GPS标准时间的误差

x,y,z——为待测点的坐标

Xi,Yi,Zi(i=1,2,3,4)——卫星i的坐标

由上述方程组即可解得到坐标x，y，z和钟差δk。

1.3姿态测定原理

所谓姿态,是指载体专用坐标系(载体坐标系)相对于全球或当地坐标系或者基准坐标系的定向"确定姿态通常要用三个参数,即航偏角、俯仰角和横滚角。就设备而言，横滚角是测定设备轴线的转动;俯仰角是测定轴线与参考平面（地面）的角度:航偏角是测定设备绕垂直轴的转动。如果这三个角都为零,就说明设备刚好处于水平直线姿态，而且航向朝北。

设备的姿态可由装在该设备不同位置上的GPS天线的相对位置导出。因此，形成两条独立基线的三个天线是进行姿态测量需要的最少天线数量。

确定平台的方位角和俯仰角基线解算的一个简单流程如下:

2　GPS在半连续开采工艺中的作用

在露天矿半连续开采工艺中，上下游设备能否准确衔接，依赖于设备之间的相对位置及对横滚角及俯仰角。安装在设备上的GPS天线，将数据发送至中控系统，由中控系统解算设备的当前位置和姿态，即可进一步得出上下游设备之间的相对位置关系。再由中控计算机中预先设定好的设备之间的衔接条件，给上下游设备分别发出动作指令，即可完成半连续开采过程中的动态对接。

3　结束语

设备动态对接对于半连续开采工艺的连续作业有着重要意义。开采系统的全自动控制，可大幅度减少人力成本、提高矿山作业主动安全性、提升露天开采生产效率。露天开采设备的运动反馈将是下一步的研究方向。

[1]郭华.基于GPS技术的运动机械方位测量[D].同济大学硕士学位论文，2006

[2]沈利锷，叶桦.GPS在机群智能化工程机械中的应用[J].电子工程师，2002.08

GPS Application in Open-pit Mine Semi-continuous Process

This paper describes the affect and the principle of us⁃ing the global positioning system in semi-continuous mining process⁃which works in open-pit mine,providing theoretical basisfor contin⁃uous operation semi-continuous mining system,and proposed the idea of the direction of development of automatic control system of open-pit mining.

GPS；Open-pit Mine；Semi-continuous Mining