浅谈“3S”技术在矿山测量中的应用

王虎文

摘要：测量工作在矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段起着重要的保障作用，全球定位系统、地理信息系统和遥感技术三者的优势整合在矿山测量中的作用逐渐凸显，是测绘工程发展的客观需要和必然趋势。

关键词：3S；矿山测量；数字矿山

中图分类号：TD1 文献标识码： A

引言

矿山测量学是一种空间几何学，是测量学、地质学和采矿学的一个交叉学科。它综合运用测量、地质及采矿等多种学科的知识，来研究和处理矿山地质勘探、建设和采矿过程中的各种实际问题。矿山测量是一项艰巨的任务，要用到现代测绘仪器和技术，将先进的现代技术同矿山测量的实际工作。在新时期测绘新技术的应运而生为矿山测量技术的进步注入了巨大的活力特别是“3S”技术的发展，成为矿山测量学取得新发展、新突破的关键，促进矿山测量的改革和发展。

一、GPS技术

全球定位系统（Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。起源于20世纪80年代人造地球卫星导航定位技术的问世，到20世纪70年代已逐步发展为全球定位系统。以其全天候、高精度、自动化、测站间无需通视、可同时测定点的三维坐标等优点，已经成熟地应用于大地测量、控制测量、工程测量、地籍测量等方面，并广泛运用于人类生活的其他方面。

（一）、GPS技术在矿山控制测量中的应用

由于每个矿区的实际情况不同，在地形和矿物质构成方面各有特点，所以矿区地面控制测量应该根据矿山工程的实际需要，在地面上散布一种类似于网状的结构，通过精密测量，确定其地面位置，GPS是矿山地下工程测量的基础。相较于传统测量的平面控制网状设为导线网(闭合导线、符合导线)或三角网不同，GPS测量对两点间通视并不要求，且所测点位精度均匀，与常规地面控制相比，具有很大的优越性和灵活性，尤其适合矿区平面控制测量。GPS技术应用于矿区地面控制测量，在建立新的矿区控制网、检核和改善已有控制网、对旧网进行加密以及日常工作中控制点的设立等方面都具有显著的优势。

（二）、RTK技术用于矿区地面碎部测量

GPS-RTK(Real Time Kinematic)技术是实时载波相位差分技术，实时处理2个测站载波相位观测量的差分方法。工作原理是基准站根据改正点的准确坐标求出到卫星的距离的改正数并将这一改正数发给移动站，移动站接收到这一改正数来改正其定位结果。RTK技术的观测值精度高，可以达到厘米级，满足矿区各比例尺测图要求。RTK是通过综合了其他测量仪器的优点，对提高工作效率、图形的数字化管理和使用也起到了促进作用。 利用RTK测量手段可以得到所有测点的三维坐标，以数据、图形和位置等不同的表现形式反映到具体的应用环境中，解决了图形不能统一到国家坐标系中这一问题。与传统地形测图相比，RTK技术的特点有：不需建立加密控制网，不要求测站间通视，测量工作比较灵活；误差相互独立、不积累、不传递，测量精度高；工作效率高；测量获得的数据成果便于存储、管理和共享，达到一测多用的目的。RTK技术已经在地形测量、线路测量、地籍测量、图根控制测量、大面积地面沉降监测、工程放样等方面进行了广泛的应用。

（三）、GPS技术应用于矿区地表移动监测

传统的地面测量布设矿区地表变形监测网，是将水平变形(二维网)和地表沉降变形(一维网)分别布网。如果监测环境复杂，对监测技术要求也就相应较高，因此应用常规技术不仅观测时间长，劳动强度大，而且难以实现自动化监测。目前矿区地表移动监测以GPS技术为主，按监测对象及要求不同又可分为静态测量法、快速静态测量法和动态测量法三种。GPS技术用于垂直分量的监测(高程)一直备受关注。首先，GPS获得的高程其高程系统与传统不一致，(GPS为大地高系统，而传统水准测量为正常高系统)； 其次，GPS测得的高程精度要比水平位置精度低，通常解决方法是利用GPS高程根据研究区已有的、足够数量的、高精度水准测量值来拟合研究区的似大地水准面，依此来求得GPS测点的水准高程，拟合精度因测区环境水准点的数量以及水准网的结构和拟合方法而异。

二、GIS地理信息系统

地理信息系统( Geographical Information System)，简称GIS，是采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的理论和技术的总称。地理信息系统的多源数据综合分析和数据管理能力可以给具有空间属性的基础地质资料、地球物理、地球化学以及遥感等异源数据提供一个良好的融合平台。GIS在矿山测量中的运用有两个方面：

（一）、矿山管理信息系统

矿山管理涉及矿山设计、巷道开挖、矿产开采、沉降监测、土地复垦、环境评价等一系列过程。在这一过程中的每一个环节，都离不开GPS的重要作用。矿山管理信息系统是一个庞大的管理系统工程和技术体系，目前，许多研究者已在矿区地质灾害、矿山机电安全管理、煤矿灾害事故、矿井通风信息系统、煤矿瓦斯管理信息系统、矿区生态环境评价、矿区土地利用、煤矿安全管理、矿山开采沉降可视化、井下可视化管理系统、救援信息系统等方面进行了研究和探讨，这些研究都是矿山管理信息系统的重要组成部分。

（二）、三维矿山

三维矿山是将矿山客观实体建立成一个模型，用以直观、方便、明了的观测矿山，通过三维矿山的建设，地质、矿业界人士能够更直观、更精确地圈定矿体边界，了解不同矿体分布的三维形态，准确地解译和圈定地下地质体，借以指导矿业开发和深部找矿预测。

三、RS遥感技术

遥感（Remote Sensing），简称RS。是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。

合成孔径雷达干涉（InSAR）测量，是利用雷达信号的相位信息提取地球表面的高精度三维信息，可以测量地面点的高程变化，是目前空间遥感技术中获取高程信息精度最高的一项技术。由于它可以获得全球高精度的(毫米级)、高可靠性的(全天时、全天候)地表变化信息，因此能够有效地监测由自然和人为因素引起的地表形变。目前，该技术已广泛应用于地表沉降监测、滑坡监测、地震形变监测、冰川动力学等方面；并且在工矿区地表沉陷、闭坑矿井塌陷、矿山地表形变、煤矿开采沉陷等监测方面的研究也取得了满意的效果。

四、“3S”集成技术

根据国内外局势的发展需要，由全球定位系统、地理信息系统和遥感技术三者构成的新集成技术，势必成为将来矿山测量中的主导技术。首先，遥感技术通过遥感传感器获取地表数据，再进行分析处理，然后获得地物信息；其次，地理信息系统的优点在于对数据进行分析， 两者集成可实现优势互补，利用遥感影像资料进行矿区土地利用变化进行分类解译，结合GIS技术进行土地利用动态监测全面系统地反映土地利用状态和它的分布规律；再次，GPS与GIS组合用于矿山的安全监控和测量，可构成GPS数据采集与GIS数据管理的实时分析等。=由于GPS在实时定位方面具有的优势，使得GPS与遥感图像处理系统的集成变得水到渠成。不管是RS还是GIS处理的都是二维或三维数据，GPS能够方便快捷的获取到所需要的坐标，精度也随之越来越高。“3S”的两两结合中， RS和GIS的结合是核心，共包含三种方式:分开但平行的结合，表面无缝的结合以及整体的结合。

结束语

“3S”技术的产生有其特定的历史社会背景，虽然目前处于不成熟的阶段，但是将来的进步空间是非常大的。空间信息技术及地球信息科学的发展日新月异，传统的矿山测量己就像绳索丈量，已经不能适应现代矿山测量技术的发展，所以3S技术的发展正好弥补了这一缺憾，逐步在矿山测量仲奠定坚实的技术基础，发展成为强大的矿山空间信息技术。并且随着现代“绿色开采”理念的提出和发展以及数字矿山的进一步建设，“35”技术必将在未来矿区生产、建设方面立下汗马功劳，成为不可替代的中坚力量。

参考文献

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[3]张廷斌，秦岩宾。 “3S”技术在我国矿山测量中的应用[J]。 矿山测量，2008，03:75-77+4。