空間信息技術(shù)及其在礦山測量中的應(yīng)用

鄒 丹

（龍巖學(xué)院 資源工程學(xué)院，福建 龍巖364021）

0 前言

空間信息技術(shù)是20 世紀(jì)80 年代發(fā)展起來的， 其核心和主體是“3S”技術(shù)，即遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)，作為一項(xiàng)綜合性的技術(shù)已構(gòu)成當(dāng)代高技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。與傳統(tǒng)的對地觀測手段相比，它的優(yōu)勢在于能夠提供全球或大區(qū)域精確定位的高頻度宏觀影像，擴(kuò)大了人類的視野，加深了對地球及其變化的了解。 目前，空間信息技術(shù)已在全球與區(qū)域通信、導(dǎo)航定位、資源調(diào)查、災(zāi)害和環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測、區(qū)域和城市規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。

近年來，中國空間信息技術(shù)發(fā)展取得一系列重要進(jìn)展，其中，遙感信息技術(shù)方面，已建立資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)體系，形成一定市場規(guī)模，相應(yīng)遙感數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工市場潛力巨大， 相關(guān)企業(yè)也正在迅速發(fā)展與壯大。此外，衛(wèi)星定位技術(shù)方面已得到廣泛應(yīng)用，并形成相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)群體[2]。礦山測量應(yīng)用于礦區(qū)生產(chǎn)與管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，礦山測量技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 在理論和技術(shù)上基本能夠滿足礦山開采生產(chǎn)的要求，但信息時(shí)代的礦山測量面臨的是新的任務(wù)和要求，近十幾年來空間信息技術(shù)在礦山測量界取得了較大進(jìn)展，其理論研究和實(shí)際應(yīng)用不斷發(fā)展和完善，這些先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在一些礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 空間信息技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

以“3S”集成為主導(dǎo)的空間信息技術(shù)體系已逐漸成為測繪學(xué)或地球信息學(xué)（Geoinformatics 或Geomatics）新的技術(shù)體系和工作模式，其先進(jìn)性、時(shí)效性明顯。 以空間信息技術(shù)為技術(shù)支撐，現(xiàn)代測繪儀器、技術(shù)正處于快速的發(fā)展之中?？臻g信息技術(shù)是礦山測量實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)代任務(wù)的重要的技術(shù)支撐和保證，以“3S”技術(shù)和其他測量儀器技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為基礎(chǔ)的礦區(qū)資料環(huán)境信息系統(tǒng)就是空間信息技術(shù)在礦山測量中應(yīng)用的綜合性成果[1]。

1.1 遙感及其在礦山測量中的應(yīng)用

遙感依據(jù)不同的物體的電磁波特性不同來探測地表物體對電磁波的反射和發(fā)射，從而提取這些物體的信息，完成遠(yuǎn)距離識別物體。遙感包括衛(wèi)星遙感和航空遙感，航空遙感作為地形圖測繪的重要手段已在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用，衛(wèi)星遙感用于測圖也正在礦究之中并已取得一些意義重大的成果，基于遙感資料建立數(shù)字地面模型(DTM)進(jìn)而應(yīng)用于測繪工作已獲得了較多的應(yīng)用。

遙感科技正在走向定量化、自動化與實(shí)用化。 遙感觀測技術(shù)向多傳感器、多平臺、多角度和三高（高分辨率、高光譜、高時(shí)相）的方向發(fā)展；1m 及更高空間分辨率的多光譜遙感數(shù)據(jù)已商品化； 具有幾十、上百個(gè)光譜段的高光譜遙感正在從航空向航天平臺邁進(jìn)，它能夠鑒定礦物巖石的成分及土壤的物化性質(zhì)；合成孔徑雷達(dá)圖像處理與應(yīng)用發(fā)展喜人；無地面控制遙感影像定位技術(shù)，國際上已達(dá)到15m 甚至更高的精度[3]。

遙感技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用已經(jīng)歷了較長的時(shí)間，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用遙感資料，可獲取礦區(qū)實(shí)時(shí)、動態(tài)、綜合的信息源，對礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，為礦區(qū)環(huán)境保護(hù)提供決策支持，在進(jìn)行找礦、礦區(qū)地質(zhì)條件研究、煤層頂?shù)装逖芯康确矫嬉惨训玫綉?yīng)用。 合成孔徑雷達(dá)干涉（InSAR）測量技術(shù)是近年來微波遙感發(fā)展的一個(gè)重要方向，InSAR利用雷達(dá)信號的相位信息提取地球表面的高精度三維信息，可以測量地面點(diǎn)的高程變化，是目前空間遙感技術(shù)中獲取高程信息精度最高的一項(xiàng)技術(shù)，由于它可以獲得全球高精度的（毫米級）、高可靠性的（全天時(shí)、全天候）地表變化信息，因此能夠有效地監(jiān)測由自然和人為因素引起的地表形變。

1.2 全球定位系統(tǒng)及其在礦山測量中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（GPS）是20 世紀(jì)70 年代由美國國防部批準(zhǔn)，陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)。 全球定位系統(tǒng)共三部分構(gòu)成∶空間部分、地面控制部分、用戶裝置部分等。 GPS 的主要特點(diǎn)是全天候、全球覆蓋、三位定速定時(shí)高精度、快速省時(shí)高效率及應(yīng)用廣泛。未來幾年中，GPS 和俄國研制的GLONASS 兩個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的技術(shù)水平、精度和抗干擾能力將會大幅度提高。 有中國參與的歐洲Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)2005 年已進(jìn)入實(shí)質(zhì)建設(shè)階段，將于2010 年前后建成，其精度和性能將大大優(yōu)于目前的GPS 系統(tǒng)，從而打破美國GPS 在全球的壟斷局面[2]。

GPS 作為一項(xiàng)引起傳統(tǒng)測繪觀念重大變革的技術(shù)，已經(jīng)成為大地測量的主要技術(shù)手段，也是最具潛力的全能型技術(shù)，在礦山測量、控制測量、工程測量、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)以及交通運(yùn)輸工具的導(dǎo)航方面發(fā)揮著重要的作用。 由于GPS 不僅具有全天候、高精度和高度靈活性的優(yōu)點(diǎn)，而且與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，無嚴(yán)格的控制測量等級之分，不必考慮測點(diǎn)間通視，不需造標(biāo)，不存在誤差積累，可同時(shí)進(jìn)行三維定位等優(yōu)點(diǎn)，在外業(yè)測量模式、誤差來源和數(shù)據(jù)處理方面是對傳統(tǒng)測繪觀念的革命性轉(zhuǎn)變。

目前，在礦山測量中，主要應(yīng)用GPS 技術(shù)建立區(qū)域性或局域性的大地測量GPS 控制網(wǎng)，進(jìn)行礦區(qū)地表移動監(jiān)測等等。 其中，定位精度比DGPS 高100 倍的GPS-RTK 實(shí)時(shí)載波相位差分技術(shù)，以其高精度、全天候、高效率等優(yōu)勢，在大地測量和工程測量中，顯示出巨大的潛力和廣闊的前景。傳統(tǒng)的定位和施工放樣，不僅儀器種類繁多，需要人員多，而且精度容易受施工作業(yè)現(xiàn)場影響。GPS-RTK 綜合了其他測量儀器的功能，提高了作業(yè)效率，對于圖形的數(shù)字化管理和使用也起到了促進(jìn)作用， 利用GPS-RTK 測量手段可以得到每一個(gè)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并采用數(shù)據(jù)、圖形和位置等不同的表現(xiàn)形式反映到不同的應(yīng)用環(huán)境中，解決了圖形不能統(tǒng)一到國家坐標(biāo)系中這一問題。GPS-RTK 在礦山測量中的應(yīng)用， 使得代表著當(dāng)今尖端科學(xué)水平的3S 技術(shù)在礦山測量中成功實(shí)現(xiàn)突破[3]。

1.3 地理信息系統(tǒng)及其在礦山測量中的應(yīng)用

GIS 是近20 年來發(fā)展起來的一門綜合應(yīng)用系統(tǒng)， 它能把各種信息同地理位置和有關(guān)的視圖結(jié)合起來，并把地理學(xué)、幾何學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及各種應(yīng)用對象、Internet、多媒體技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等融為一體，利用計(jì)算機(jī)圖形與數(shù)據(jù)庫技術(shù)來采集、存儲、編輯、顯示、轉(zhuǎn)換、分析與輸出地理圖形及其屬性數(shù)據(jù)。 這樣，就可根據(jù)用戶需要將這些信息圖文并茂地輸送給用戶，便于使用。 地理信息系統(tǒng)作為對空間地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、管理、分析的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，其發(fā)展和應(yīng)用對測繪科學(xué)的發(fā)展意義重大， 是現(xiàn)代測繪技術(shù)的重大技術(shù)支撐。GIS 正在向地理信息科學(xué)或空間信息科學(xué)的方向發(fā)展，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)相互借鑒、滲透，將成為一門獨(dú)特的影響廣泛的空間信息科學(xué)技術(shù)。

地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)、礦產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用可以概括為三個(gè)方向∶GIS技術(shù)建立多源數(shù)據(jù)找礦模型、礦山地理信息系統(tǒng)（Mine GIS，MGIS）和三維礦山[4]。目前雖然在我國礦山資源勘查、開發(fā)和生產(chǎn)管理中已經(jīng)有多種GIS 軟件系統(tǒng)發(fā)揮了作用，但是由于許多原因如地下礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)獲取不易性、不完整性及礦山地下采掘空間動態(tài)性等等，使得這些軟件在礦山不完全實(shí)用，因此致力于研發(fā)適宜礦山特點(diǎn)的礦山地理信息系統(tǒng)是十分必要的，十幾年來國內(nèi)外的科技人員特別是礦業(yè)界的科技人員在MGIS 的基本理論、技術(shù)體系、方法及實(shí)用軟件開發(fā)方面做了大量的工作，取得了可喜的成果；三維礦山是礦山客觀實(shí)體的一個(gè)模型描述， 通過三維礦山的建設(shè)，地質(zhì)、礦業(yè)界人士能夠更直觀、更精確地圈定礦體邊界，了解不同礦體分布的三維形態(tài)，準(zhǔn)確地解譯和圈定地下地質(zhì)體，借以指導(dǎo)礦業(yè)開發(fā)和深部找礦預(yù)測，現(xiàn)在三維礦山已成為地學(xué)與信息科學(xué)的交叉技術(shù)前沿和熱點(diǎn)。

2 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間信息技術(shù)的發(fā)展，平面模型在向空間模型轉(zhuǎn)化，數(shù)值記錄在向數(shù)字模型轉(zhuǎn)化，測繪科學(xué)也正逐步發(fā)展為內(nèi)涵更為豐富的地球空間信息學(xué)，以“3S”集成技術(shù)為主導(dǎo)的空間信息技術(shù)雖然還在起步階段，但其對于礦山測量的發(fā)展所起到的促進(jìn)作用是不可估量的，在空間信息技術(shù)技術(shù)的推動下，礦山測量學(xué)正在演繹著深刻的變革，朝著“礦山空間信息學(xué)”的方向前進(jìn)。

［1］3snews 中國地理空間產(chǎn)業(yè)門戶網(wǎng)站[OL].http∶//www.3snews.net/.

［2］郭達(dá)志.論“礦山空間信息學(xué)”∶礦山測量的現(xiàn)代發(fā)展[J].測繪工程,2006,15(3).

［3］張文兵.淺談“3s”技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用[J].科技信息,2009(31).

［4］黃亮.淺談3s 技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用[J]//2009 全國礦山測量新技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集.