煤礦工程測(cè)量中測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用分析

張淑美

山東能源集團(tuán)臨沂礦業(yè)集團(tuán)田莊煤礦，山東濟(jì)寧272103

摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及我國(guó)煤礦工程的需要，越來(lái)越多的測(cè)繪新技術(shù)被應(yīng)用到了煤礦工程測(cè)量中。本文著重分析了GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感技術(shù)）、全站儀、ISS(慣性測(cè)量系統(tǒng))、三維激光掃描測(cè)繪新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及功能，目的在于促進(jìn)煤礦工程測(cè)量的高產(chǎn)、高效和可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 煤礦工程；測(cè)量；測(cè)繪新技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)TD17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）61-0090-02

由于煤礦工程的復(fù)雜性、未知性，測(cè)繪技術(shù)在煤礦的勘測(cè)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程中均發(fā)揮著重要的作用。對(duì)煤礦工程測(cè)量中測(cè)繪技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)立體全方位的探測(cè)，對(duì)礦產(chǎn)質(zhì)量和體積以及土地資源的利用情況均可進(jìn)行有效地?cái)?shù)據(jù)采集和顯示，為安全科學(xué)的進(jìn)行煤礦生產(chǎn)以及保護(hù)土地資源提供保障。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及煤礦生產(chǎn)的需要，越來(lái)越多的測(cè)繪新技術(shù)應(yīng)用到了煤礦工程測(cè)量中，本文著重介紹了GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感技術(shù)）、全站儀、ISS(慣性測(cè)量系統(tǒng))、三維激光掃描幾種較為常見(jiàn)的測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用。

1 GPS技術(shù)應(yīng)用分析

1.1 GPS技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS（Global Positioning System）也稱為全球定位系統(tǒng)，是美國(guó)于1994年斥資200億元建成，不僅具有導(dǎo)航的功能，而且還廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程測(cè)量、土地測(cè)量、航空攝影等等，其特點(diǎn)是自動(dòng)化、全天候、精度高，易攜帶等。這些特點(diǎn)也促使GPS在煤礦工程測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。

1.2 GPS相比于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，GPS具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可建立三維坐標(biāo)系。傳統(tǒng)的的測(cè)量技術(shù)把大地測(cè)量與高程測(cè)量分開(kāi)，并且采用不同的測(cè)量方法，但是GPS通過(guò)建立三維坐標(biāo)系，可同時(shí)進(jìn)行大地測(cè)量和高程測(cè)量，并且其測(cè)量精度可以達(dá)到四等水準(zhǔn)；

2）觀測(cè)時(shí)間較短。以GPS基準(zhǔn)站為圓心的15km范圍內(nèi)可進(jìn)行測(cè)量，并且每個(gè)流動(dòng)站的觀測(cè)時(shí)間僅需要幾秒鐘的時(shí)間；

3）定位精確度高。在400m~1000m的精密工程定位實(shí)踐中，同時(shí)進(jìn)行GPS和電磁波測(cè)距儀測(cè)定邊長(zhǎng)，GPS與電磁波測(cè)距儀的邊長(zhǎng)偏差不超過(guò)0.5mm；

4）操作便捷。隨著新技術(shù)的應(yīng)用，GPS的操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，達(dá)到傻瓜化的程度；

5）全天候作業(yè)。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)往往受制與天氣的影響，但是GPS系統(tǒng)可以24小時(shí)在任何氣象條件下進(jìn)行作業(yè)。它不會(huì)受制于黑夜、刮風(fēng)下雨、下霧下雪等天氣，且測(cè)量精度也不會(huì)受影響。

1.3 GPS技術(shù)在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用

1）劃分礦區(qū)范圍，建立控制網(wǎng)絡(luò)；

2）對(duì)于礦區(qū)場(chǎng)地地面沉降進(jìn)行測(cè)定；

3）大型建筑物或者井下巷道的彎曲變形測(cè)定；

4）對(duì)于礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行全方位檢測(cè)；

5）對(duì)全礦區(qū)的礦車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)及調(diào)度。

2 GIS技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 GIS技術(shù)簡(jiǎn)介

GIS（Geographic Information System）又稱為地理信息系統(tǒng)，它可以將空間信息進(jìn)行分析、處理，然后輸出顯示，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像繪制和數(shù)據(jù)的更正，無(wú)論在政府還是科研單位都得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 GIS技術(shù)在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用

隨著地質(zhì)模擬技術(shù)的發(fā)展，三維地學(xué)模擬已經(jīng)成為地質(zhì)與信息科學(xué)的學(xué)術(shù)前沿與熱點(diǎn)。當(dāng)然該技術(shù)也可以應(yīng)用到煤礦工程測(cè)量中，通過(guò)建立三維的煤礦區(qū)，對(duì)礦區(qū)的各個(gè)部分結(jié)構(gòu)及大小形狀準(zhǔn)確描繪出來(lái)，在進(jìn)行具體的測(cè)繪工作時(shí)，就可以調(diào)用該模擬系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取與修正，為測(cè)量工作提供保證。

3 RS技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 RS技術(shù)簡(jiǎn)介

RS（Remote Sensing）又稱為遙感技術(shù)，是通過(guò)衛(wèi)星上的攝像設(shè)備對(duì)地面的圖像進(jìn)行高分辨率的拍攝，然后把清晰的圖片傳送到地面供人們使用。遙感技術(shù)得到快速普及的原因是可以實(shí)現(xiàn)大面積同步觀測(cè)，并且具有經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性的優(yōu)勢(shì)，多光譜航空攝影和高分辨率的遙感衛(wèi)星將成為對(duì)地觀測(cè)獲取基礎(chǔ)地理信息的重要手段。遙感技術(shù)不僅可以運(yùn)用于科學(xué)研究，而且在煤礦工程測(cè)量中也會(huì)得到很好的應(yīng)用。

3.2 RS技術(shù)在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用

1）對(duì)礦山周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

2）煤的污染范圍及程度；

3）分析礦區(qū)地表的沉降情況和程度；

4）與GIS技術(shù)相結(jié)合監(jiān)測(cè)礦區(qū)周?chē)恋氐睦们闆r，為煤礦有序開(kāi)采及土地合理利用提供最有效的保障方法。

4 全站儀應(yīng)用分析

4.1 全站儀在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用

1）距離測(cè)量。全站儀相對(duì)于傳統(tǒng)井下導(dǎo)線測(cè)量可以大幅度提高精度，而且操作簡(jiǎn)單，另外在距離測(cè)量時(shí)，全站儀可以修正溫度、氣壓的影響，因?yàn)楣獾膫鞑ニ俣仁軠囟群蜌鈮旱淖兓兓緝x可以自動(dòng)計(jì)算出大氣偏差值，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行修正；

2）角度測(cè)量。煤礦工程測(cè)量中的角度測(cè)量是重要的一環(huán)，測(cè)量角度的準(zhǔn)確度決定著最弱邊和最弱角的誤差大小。全站儀的角度測(cè)量極其簡(jiǎn)捷，只需依次選準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)和第二個(gè)目標(biāo)，在儀器的顯示屏上就可以顯示該角的大小；

3）坐標(biāo)測(cè)量。坐標(biāo)測(cè)量的步驟是先安置好儀器，然后選擇坐標(biāo)模式，輸入?yún)?shù)，然后找準(zhǔn)后視點(diǎn)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，找到站點(diǎn)上所設(shè)的標(biāo)志，按下測(cè)量鍵就可以求出站點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

4）放樣測(cè)量。在某些情況下，井下需要進(jìn)行放樣測(cè)量，例如安裝比較重要的設(shè)備，對(duì)設(shè)備的重心及軸線都具有一定的要求。全站儀可以預(yù)先設(shè)置程序，對(duì)放樣進(jìn)行測(cè)量；

5）定向測(cè)量。井下巷道的挖掘以及巷道的貫通，方向控制是尤為重要的，因此全站儀可以派上用場(chǎng)，進(jìn)行定向測(cè)量，全站儀主要是通過(guò)對(duì)巷道的中心及腰線進(jìn)行標(biāo)定來(lái)定向。全站儀相對(duì)于傳統(tǒng)經(jīng)緯儀的定向步驟簡(jiǎn)略，而且精確度高。

4.2 井下使用全站儀的注意事項(xiàng)

1）全站儀在進(jìn)行光電測(cè)量距離時(shí)，應(yīng)該提前檢查反光鏡常數(shù)是否與反光鏡匹配，因?yàn)椴煌垂忡R其常數(shù)也不同；

2）采用導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，盡量不要使用自動(dòng)存儲(chǔ)功能，因?yàn)閷?duì)于“后前前后”的觀測(cè)方法很多儀器是不兼容的，只能使用“后后前前”或者半測(cè)回觀測(cè)方法，但是這兩種方法均存在一定的不足，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的記錄方面最好是手工記錄。

5 ISS應(yīng)用分析

5.1 ISS技術(shù)簡(jiǎn)介

ISS(Inertial Surveying System),又稱為慣性測(cè)量系統(tǒng)。慣性測(cè)量系統(tǒng)其實(shí)是一種不同于GPS的導(dǎo)航定位技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化、全天候、機(jī)動(dòng)靈活，由于GPS受衛(wèi)星信號(hào)的限制，慣性測(cè)量系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地進(jìn)行工程測(cè)量，為煤礦工程測(cè)量提供個(gè)一種新的技術(shù)手段。它利用慣性導(dǎo)航的原理，可以同時(shí)諸如經(jīng)緯度、距離、高程、重力感應(yīng)、垂線偏差及方位角等數(shù)據(jù)。

5.2 ISS在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用

慣性測(cè)量系統(tǒng)一共分為平臺(tái)式系統(tǒng)和捷聯(lián)式系統(tǒng)，在煤礦工程測(cè)量中應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

1）地震測(cè)量與預(yù)防；

2）地表變形或沉陷；

3）管道偏移監(jiān)測(cè)；

4）控制測(cè)量，檢測(cè)已有控制點(diǎn)，或航測(cè)控制并加密控制點(diǎn)；

5）與GPS組合形成高精度的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以建立準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)系及大地水準(zhǔn)面，形成模型系統(tǒng)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，其優(yōu)勢(shì)在于互補(bǔ)了GPS與ISS的缺陷，在實(shí)際測(cè)量中定位和導(dǎo)航的精度均明顯提高。

6 三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用分析

6.1 三維激光掃描技術(shù)簡(jiǎn)介

該裝置的是由高分辨率攝像機(jī)、全球定位系統(tǒng)、三維激光掃描儀、可升降操作平臺(tái)以及計(jì)算機(jī)組成。三維激光掃描儀采集的數(shù)據(jù)可以和標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系結(jié)合在一起，形成直觀的矢量圖，并能以不同的文件格式通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出。

6.2 三維激光掃描技術(shù)相比于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1）操作簡(jiǎn)便，高效率，低費(fèi)用；

2）空間定位更加精準(zhǔn)；

3）可以實(shí)時(shí)的獲取三維圖像及數(shù)據(jù)；

4）圖像的質(zhì)量很高，且數(shù)據(jù)很詳細(xì)；

5）速度極快的掃描及采集數(shù)據(jù)，可以有效的減少回轉(zhuǎn)次數(shù)；

6）三維數(shù)據(jù)采集齊全，可以對(duì)實(shí)景細(xì)節(jié)進(jìn)行描述；

7）高質(zhì)量的圖片能較好的顯示地質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)及紋理特征。

6.3 三維激光掃描技術(shù)在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)在煤礦工程測(cè)量中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

1）礦區(qū)邊坡系數(shù)及穩(wěn)定性檢測(cè)；

2）對(duì)井筒斷面進(jìn)行測(cè)量；

3）巷道斷面測(cè)量；

4）建筑物剖面測(cè)量；

5）地面井架的安裝變形測(cè)量；

6）土地面積及土地利用率的測(cè)量；

7）橋梁、公路、河道、鐵路、構(gòu)筑物等地基的測(cè)繪工作。

7 結(jié)論

本文總結(jié)了GPS、RS、全站儀等測(cè)繪新技術(shù)在煤礦工程測(cè)量中的應(yīng)用，為煤礦測(cè)量以及煤礦生產(chǎn)提供了科學(xué)的依據(jù)。但是，雖然各種測(cè)繪新技術(shù)在煤礦工程中得到了不同程度的發(fā)展，但是煤礦工程的復(fù)雜性決定著現(xiàn)階段僅有的技術(shù)還不能滿足科研和生產(chǎn)的需要，例如超聲波在巖石中的傳播特性還需要深入的研究，對(duì)于各類(lèi)巖石的測(cè)量方法還不足。另外，對(duì)于井下安全保障預(yù)警體系的建設(shè)還需要投入大量的研究。因此，煤礦測(cè)量工作是一項(xiàng)艱巨且持久的任務(wù)，需要科學(xué)研究人員以及煤礦測(cè)量人員的共同努力來(lái)完成，為煤礦安全生產(chǎn)提供可靠保證。

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