[发明专利]一种基于GPS的牙轮钻机实时穿孔定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿业工程技术领域，特别是涉及一种基于GPS的牙轮钻机实时穿孔定位方法。

背景技术

随着矿业经济的高速发展，牙轮钻机穿孔定位质量的高要求，GPS卫星测量、定位等技术在矿业工程的应用越来越广泛。GPS是一种无线电导航定位系统，通过接收空间卫星的信号，能够提供全天候、连续的精确三维坐标，具有实时定位和导航的功能，由于GPS观测时间短全天候作业、监测精度高等优点，其在牙轮钻机穿孔定位中有着重要的应用。

通过对现有期刊检索，高旭芳和兰金虎发表了《AD150型挖钻机深度监测技术研究》的论文，该论文主要讲述利用传感器等仪器设备，测量钻机深度的方法。还有，马建军发表了《GZX—12型挖钻机桅杆倾角及钻进深度监测系统》的论文，该论文主要讲述利用深度传感器等仪器设备，设计关于钻机钻进深度的系统。通过专利文献检索，中国专利申请“牙轮钻机抛掷孔定位仪及定位方法”，该申请公开了一种利用两台GPS天线、传感器、信号采集解算器等仪器装置实现了牙轮钻机抛掷孔的平面定位，同时也可以测量钻孔深度。

然而，本发明利用三台RTK-GPS设备，实现牙轮钻机实时穿孔定位，基于以下几点考虑：

（1）GPS设备比较便宜，技术比较成熟；

（2）露天矿地面多是不平坦的，牙轮钻机在施工过程中，机身晃动较大，利用GPS，其监测频率可达20HZ，远远高于现有传感器的监测频率，可以有效地实现牙轮钻机实时穿孔作业；

（3）同现有传感器设备相比，利用GPS测量的穿孔深度精度更高，误差能够控制在2cm～3cm的范围；

（4）本发明所使用设备单一，仅仅是GPS，同多种传感器设备相比，设备之间不存在兼容性问题；

（5）除此之外，本发明还对牙轮钻机实时穿孔定位系统功能进行设计，包括图形显示模块、信息管理模块、导航定位模块、质量评估模块，为牙轮钻机穿孔作业的数字化管理提供科学的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为减少人为因素对穿孔质量的影响，提高穿孔的精度和穿孔的工作效率，弥补传统的牙轮钻机穿孔定位在自动化方面的不足，提供一种基于GPS的牙轮钻机实时穿孔定位方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

（1）利用GPS构建基于RTK-GPS技术的牙轮钻机实时穿孔定位的模型，确定牙轮钻机实时穿孔定位的方式；

（2）根据构建的穿孔定位的模型采集控制点的三维坐标；

（3）利用三点空间后方交会的方法，解算牙轮钻机穿孔点位的平面坐标，并通过控制点高程的变化解算牙轮钻机穿孔深度；

（4）对解算得到的平面坐标和穿孔深度进行精度检测；

（5）结合矿区牙轮钻机施工特点，对牙轮钻机实时穿孔定位系统功能进行设计，实现基于GPS的牙轮钻机实时穿孔的定位。

本发明可以采用包括以下步骤的方法构建基于RTK-GPS技术的牙轮钻机实时穿孔定位的模型：

（1）三个控制点的选取：在牙轮钻机平台上布设三个控制点，其中两个控制点安置在牙轮钻机平台上，一个安置在与钻杆相连的焊接支撑物上；

（2）RTK-GPS设备的安置：该设备包括GPS基准站、GPS移动站，其中GPS基准站用于发射卫星信号，GPS移动站通过接收基准站发射的卫星信号，实时采集控制点的坐标数据；

（3）调试：在控制点布设完成后，利用RTK-GPS设备对三个控制点进行实时监测，观察控制点的卫星信号，根据信号的好坏，更改控制点的位置；通过不断的调试，得到牙轮钻机实时穿孔定位的模型。

本发明可以采用以下的方法解算牙轮钻机穿孔点位平面坐标：

（1）通过GPS测量得到的三个控制点的实时坐标数据，并结合测量得到的平面距离，列出下述牙轮钻机实时穿孔定位平面坐标的近似值方程；

牙轮钻机穿孔点近似坐标以控制点B为例：