基于3S技术的现代矿山测量应用探析

2023-09-11＊阴杰

当代化工研究 2023年16期

＊阴杰

（山西焦煤汾西矿业集团高阳煤矿山西 032306）

在全球信息化发展的背景下，空间信息技术快速发展，衍生出了多种不同的先进技术，包括全球定位系统、地理信息技术以及遥感技术等，在我国的多个领域均有所应用。尤其是近年来矿山开采逐渐进入到更加复杂的地形环境之后，利用3S技术进行测量能够形成更加便捷的应用模式，降低了测量难度，并改进了以往测量中数据不精准的问题，为矿山资源测量开采提供了更为强大的技术支撑。

1.矿山测量中的3S技术简述

（1）技术内涵。卫星遥感RS测量技术、地理信息GIS技术以及全球定位GPS技术相结合就形成了3S测量技术。这一技术在现代测绘工程中的应用较为广泛，其中主要是借助于先进的计算机信息系统等创建了完整的测绘系统，通过全球定位、地理信息技术等，对测量作业范围内的数据进行全方位详细的获取、分析与处理，在现代测绘作业中的应用较为广泛。

作为一门不断发展的科学技术，在社会经济前进发展的过程中，矿山开采不断扩大范围，而矿山测量技术也实现了较大的应用范围。利用先进的3S技术，在矿山测量中的底面碎部测量、地表移动监测、地面控制测量以及地表沉降等领域中均开拓了全新的应用领域。或是利用先进的3S技术，创建了矿山模型，基于多元数据对矿体分布更加直观地加以分析，并了解矿山地下结构中的地质体等[1]。基于科学技术的新发展，传统测量作业实现了创新飞跃，在体系以及模式上均实现了不同程度的优化，进而促使矿山测量作业逐渐朝向自动化与智能化发展。

（2）应用价值。在矿山测量中应用3S技术，首先能够有效避免地形环境对测量工作产生负面影响造成的测量结果失真。我国大多数的矿山处于较为复杂的地形环境当中，尤其是在我国不断开发矿产资源的背景下，当前尚未开发的矿山往往处于较为险峻的地势结构中，这样的区域地质环境复杂，应用传统的测量技术可能会受到一定的阻碍。而应用3S技术加以测量，则可以利用更加先进的技术设备，具有更加灵活的操作，即使是在森林覆盖率较高的区域也能够进行更为便捷的测量应用，进一步降低环境因素对测量过程以及结果的影响。

其次，在实际应用3S技术的过程当中，也能够形成更加安全的应用表现。由于以往应用的测量技术较为落后，需要大量的技术人员深入到矿山范围内加以人工测量，面临着较大范围的测量作业需求，测量作业量较大且效率相对较低，与此同时在复杂的地形环境下矿山存在着众多未知的因素，具有一定的安全隐患。而应用3S技术，通过卫星遥感等，利用地面远程操控技术就能够轻松完成测量作业，无需人员深入矿山中开展测量，保障了测量效率的提升与测量工作的安全。

2.矿山测量中的3S技术应用

(1)RS技术

遥感技术建立在电磁波理论的基础上，利用先进的传感器对矿产测量区域中的电磁波数据加以收集处理，进而获得相应的测量结果。遥感测量技术的成本相对较低且具有较为灵敏的应用优势，在测量中，能够收集大量的信息[2]。作为一种简单的测量手段，遥感技术在矿山环境监测、调查以及分析工作中广泛应用。遥感技术能够测量较大的范围，并获得直观、综合且真实遥感图像，通过瞬时成像特征，便于及时且真实地反馈矿山大面积的地形地貌测量，并可通过对图像的分析进一步反馈矿山的地质结构以及实况图。基于图像中不同的阴影便于综合分析对比。

遥感技术在矿山测量中不断创新发展，作为微波遥感的全新发展趋势，其基于合成孔径雷达干涉测量技术的形成，能够对矿山进行实时动态监测并避免受到干扰，广泛应用于对矿山的观测测量作业。合成孔径雷达干涉测量技术在矿山测量作业中处理观测幅值以及相位信息时主要是借助于合成孔径雷达实现，基于对相位信息加以干涉，进而获得最为精准的地表高程信息。收集地表高程信息之后，对矿山在一定时间中出现的地表沉降以及变化等加以分析。在矿山测量中使用遥感技术获得高程信息，其中该技术的应用能够达到精度的最大化，保障高程信息真实可靠。

在实际应用过程中，合成孔径雷达干涉测量技术具有较强的抗干扰能力，即使在暴雨以及阴天等环境条件相对较差的情况下进行测量也能够获得更为精准的高程信息。基于全天候监测变化，能够获得毫米级精准度的矿山高程信息，进而展现出更为有效的监测应用表现，获得矿山地表基于人为或是自然状态下导致的变形情况，为矿山作业提供更为可靠的参考信息。合成孔径雷达干涉测量技术的应用始于20世纪80年代，在国外相关学者的研究下，发现该技术的应用活动更好，且能够规避自然条件的应用，能够在各个领域的地表变形监测中获得更为精准的监测结果，包括对火山喷发、滑坡、地表沉降等加以监测和预警。

而我国引进该技术之后，将其应用于矿山监测的时间相对较晚，在如今高速发展遥感技术的背景下，促使合成孔径雷达干涉测量技术已经能够在多种不同的地质监测工作中加以应用，包括监测沉降变形、冰川动力等。其中在矿山测量中主要是用于对矿山地表的沉降变形等加以应用。使用遥感设备在距离矿山一定高度的位置对矿山进行自动拍照并成像，快速对测量区域内的地形地貌、植被覆盖以及地质条件等信息加以整合，通过图像分析，为后续矿山开采提供参考。

(2)GIS技术

利用地理信息技术在矿山区域内开展测量作业，主要是通过计算机系统输入相应的操作系数之后，在矿山区域范围内采集全球三维地理数据，并对其展开详细的分析，对分析完成后的数据进行集中整合，生成处理结果并加以储存。地理信息技术的应用基于使用功能、性质上存在的差异，将会展现出对应的内涵[3]。基于庞大的数据库，地理信息处理系统广泛收集了各类地理信息数据，进而在利用相应数据采集设备对矿山数据加以采集之后，对比数据库中的数据，进而更好地对矿山实际概况加以分析。或是可以直接将采集的矿山数据输入到信息系统中，通过信息自动分析了解矿山的实况。

此外，在矿山测量作业中应用地理信息系统，可建立在计算机系统的基础上借助于处理、转换、分析以及储存等相应功能对地理信息进行加工。并且庞大的数据库也能够为测量人员提供更加充足的以往数据，便于根据实际矿山测量需求，对以往数据进行提取，进而通过对比分析，研究矿山的变化情况。在地理信息数据库当中几乎涵盖了所有的地球数据信息，在矿山测量过程中，仅仅是通过将采集到的矿山数据向地理信息系统加以输入就能够获取到相应的结果。

基于我国当前在矿山测量作业中的实际情况而言，现代信息技术的发展，赋予了地理信息系统全新的智能化与自动化应用特征，在处理地理信息时具有更为强大的空间信息分析功能。因此在矿山测量中应用地理信息技术，可通过三维建模，反映矿山地理空间形态，且在三维模型上对测量信息进行标记，进而全范围立体分析矿山结构。基于三维立体模型理念对矿山实体加以模拟，确保在三维画面的透视观察下，测量人员能够更加直观地对矿体边界进行定位分析，从而分析矿体中不同结构分布的形态，进而对矿山中的地质体进行精准圈定，缩短以往矿体分析定位时间，提升开采效率，并为找矿的深入研究提供地质监测依据。

且对地理信息技术加以应用，可以创建多元数据模型，建立在丰富的地质资料信息基础上，对矿山的地质现象加以反馈。以往在矿山测量作业中，采集到的地质信息源较为单一，难以从中获取充足且有用的信息内容，进而增大了矿产分析难度[4]。而建立在地理信息系统的基础上，形成多个数据源，基于地理信息技术的强大数据管理功能，对多个来源下的数据进行快速整合，并促使异源数据之间形成良好的融合作用。创建地理信息系统，并在矿山建设中引入，便于测量人员在矿山的缓冲设立区以及内部结构等位置对矿山空间属性进行直接查询，充分掌握矿山的基本地质构造，包括坍塌可能以及矿产位置等，具有较强的准确度，缩短使用时间，具有较强的安全可靠性。

(3)GPS技术

①用于地表移动测量。以往在矿山测量作业中对地表移动测量的技术存在着一定的落后问题，在实际测量中较为复杂，工作量较大且容易出现误差，无法达到较高的精度表现。因此在矿山测量作业中，应用GPS全球定位技术能够充分适应地表移动测量的实际需求。在不断发展创新全球定位技术的过程中，在矿山测量中通过创建多个监测网点，将其相互连接，形成完整的GPS定位监测网，进而能够对矿山内部的地表、生产运输道路以及建筑物等结构展开详细的监测。根据矿山区域的实际测量范围，一般每一监控点的坐标之间应间隔3～5m左右，且每一监测网中的监测点数量不应少于10个。完成GPS定位监测网的创建之后，结合相应的工程测量，以期对矿山的采空区进行测量，充分收集矿山沉陷数据，进而为以后需采空区测绘年限情况预测提供数据参考。当前矿山地表移动监测中已经广泛应用GPS技术，基于监测对象的差异性，可以按照快速静态测量法、静态测量法以及动态测量法三种不同的类型加以区分应用。

②用于控制测量。随着不断发展的信息技术，计算机系统的应用更加成熟完善，在国外研发出全球定位系统之后，将其应用于通信、三维导航等多个不同的领域，基于实施三维定位，促使GPS技术充分展现出强大的应用优势。与此同时，在我国不断对这一技术加以研究的过程中，发现其可以用于矿山的控制测量、变形测量以及矿山产量预测等工作中。在应用过程中将会促使GPS技术充分发挥其自动化以及高精度的特征，且根据实时性优势，确保在矿山测量作业中形成更具实效性的参考数据。

利用GPS定位系统在矿山测量中加以应用，能够实现实时、动态监测目标物，在测量作业中，GPS系统包括三部分，地面基准站负责对信息采集管理控制、数据传输连以及流动收集数据站点。基于GPS定位监控系统的应用，通过设置具有高精度的基准控制站点，利用卫星接收机，通过连续观测矿山在全球卫星定位系统中的数据，随后使用无线电传输设备在获取到观测信号之后向每一流动站点上的接收机加以传输，最后基于相对定位原理对观测信号加以计算，并在计算机上实时反馈出目的物计算完成后的三维坐标以及测量精度，更好地实现对目的物的测量。

基于当前阶段在三维国家大地测量网中的应用，GPS控制网能够达到超过数千米的大范围测量，通过确定世界大地坐标系并转换国家大地坐标系的参数，可用于对测量目标物的形状、地质灾害以及空间结构等进行监测，进而为灾害预防提供参考[5]。布局时的相邻间距从几千米到几十千米部不等，通过对局部区域进行监测，便于为矿山工程的建设提供服务。

③GPS-RTK技术的应用。GPS-RTK技术是一种基于GPS技术的基础上所衍生的全新测量方法，通过使用载波相位动态实时差分方式，利用动态与固定接收机，对信号加以综合性的采集与处理，建立在GPS-RTK技术的应用基础上，便于对矿山测量结果实现厘米级的定位。基于高精度的应用，通过在基准站上固定接收机，并在其周围按照3～5m的距离对流动接收机加以布置，从而在固定定位与动态定位相互结合的应用下全方位地获得测量数据。同时受到RTK技术的影响，促使卫星向基准站发送相应的数据之后，基准站能够更加直观地分析对比待观测待观测点的坐标数据信息，随即在相应的系统差分观测对比下，修正参数值，最后将修正完成的数据值借助于数据传输连向流动站加以传递。

流动站除了肩负着对数据加以修正的任务，同时也需要负责对同一卫星发送的GPS观测数据加以接收、完成精细化的数据处理之后，通过观测系统给出厘米级的高精度定位参数。相较于以往在矿山测量中应用到的测量方式而言，GPS-RTK技术的测量精准度相对较高，且具有良好的实时性表现，在科学技术不断发展的过程中，形成了更加先进的自动化应用表现，因此在矿山测量中的GPS-RTK技术应用更加广泛，包括在地貌测绘、钻孔放样以及工程控制测量中均有所应用。