Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) основана на использовании орбитальных спутников Земли для круглосуточного определения местоположения объектов в режиме реального времени в любых погодных условиях. Позиционирование выполняется посредством сигналов времени, передаваемых со спутников на наземные приемники.
При одновременной работе двух или более приемников в так называемом дифференциальном режиме относительное положение (различия пространственных координат) между приемниками может измеряться с точностью от нескольких миллиметров до приблизительно 20 мм в пределах нескольких километров, и примерно 1 мм/км при расстояниях более нескольких сотен километров.
Для работы GNSS-приемника необходима свободная доступность/видимость как минимум четырех спутников. Три спутника для определения горизонтального (двухмерного) положения, и четвертый - высоты (трехмерных координат).
В отличие от традиционных методов съемки, например, с использованием дальномеров, тахеометров и нивелиров, для GNSS оборудования не требуется линии прямого визирования между точками съемки. Это очень удобно в условиях открытой добычи, когда визирование на устойчивые опорные точки часто невозможно.
GNSS-приемники не подвержены влиянию местных атмосферных условий при длине базисной линии в пределах 1 км, поэтому GNSS-измерения, как правило, эффективнее и точнее и требуют меньших трудозатрат, чем измерения традиционными методами. Именно благодаря этому система GNSS принята в качестве общего метода наблюдений на многих рудниках. Преимущества также делают ее идеальным инструментом построения опорной маркшейдерской сети для мониторинга борта.
Существуют определенные ограничения, влияющие на применение GNSS при текущем мониторинге, которые включают следующее:
· Для GNSS съемки необходим физический доступ маркшейдеров ко всем измеряемым точкам, если только GNSS-приемники не установлены стационарно на поверхности наблюдаемого борта карьера. В некоторых случаях участки борта могут быть труднодоступны на разных этапах эксплуатации карьера. Поэтому установка GNSS-приемников на борту карьера может быть нецелесообразна, в силу больших затрат на оборудование.
· Измерения с помощью GNSS могут проводиться медленнее, чем с помощью тахеометра, если требуется доступ маркшейдеров ко всем точкам съемки.
· Для работы GNSS-приемников необходима прямая видимость спутников, которые могут быть недоступны, что ограничивает точность GNSS позиционирования.
· Поверхность карьера может привносить погрешности многолучевого распространения.
Многолучевое распространение - отражение спутникового сигнала от объекта до улавливания его GNSS-приемником. При этом время приема сигнала происходит с задержкой, обусловленной отражением. Многолучевое распространение ухудшает точность GNSS-приемников, так как их показания основаны на сигналах реального времени со спутников.
Основными областями применения GNSS системы в карьерах, как правило, являются:
· Мониторинг уступов и отвалов.
· Обеспечение высокоточного контроля при маркшейдерском мониторинге опорных пунктов.
Влияние плохой геометрии спутников и многолучевого распространения можно в значительной степени компенсировать увеличением времени полевых наблюдений при проведении стандартных статических GNSS съемок. Однако при применении более эффективных методов, таких как быстрый статический метод, возможно заметное снижение точности съемки. Испытания показали, что эффект многолучевого распространения вполне может добавить несколько миллиметров к погрешностям позиционирования.
Для получения больших степеней точности, требуемых для горнорудных объектов, необходимо использование метода относительного позиционирования, например, дифференциального GNSS или DGNSS. Принцип подсистемы DGNSS подразумевает использование установленного в известной постоянной точке GNSS-приемника, улавливающего сигналы спутников. Вычисленные координаты приемника сравниваются с известными для определения неточности измерений. Данные по коррекции погрешностей, называемые дифференциальными поправками, передаются по радиоканалу на мобильные приемники/роверы (в горнорудной отрасли: самосвалы, экскаваторы, буровые установки и т.д.) для задания результатов вычислений и увеличения точности менее, чем на метр.
Для еще большей точности необходимо использование схожих, но более сложных методов, позволяющих получать точность порядка нескольких миллиметров при хорошей геометрии спутников. С помощью системы кинематического позиционирования (real-time kinematic, RTK), работающей в реальном времени, такая точность достигается в процессе движения. Однако из-за непостоянства сопутствующих погрешностей DGNSS или RTK поправки должны передаваться GNSS системой в определенном минимальном темпе для получения желаемой точности. Для точности 1-2 м достаточно передачи поправок через каждые 10-20 сек. Для систем с целевым диапазоном точности 1-2 см поправки необходимы каждую секунду.
Расстояние от базовой станции до ровера также может вызывать вопросы. Для правильно установленной RTK системы с абсолютно точным положением антенны базовой станции погрешность обычно составляет 1-10 мм на 1 км горизонтального расстояния с предельным расстоянием между базовой станцией и ровером в 10-50 км. Так, на 10 км погрешность будет равна 1-10 см, которые добавляются к любой другой погрешности, возникшей вследствие геометрии.
Может быть использована как минимум одна дистанционная GNSS система. Она предполагает получение энергии от солнечных батарей и использование телеметрии для передачи результатов на базовый компьютер, а также сигналов тревоги на контрольный пункт. Система хорошо работает, но требует постоянного солнечного света для генерации энергии и доступности солнечных батарей для регулярной очистки.
