測繪地理信息技術在地質勘察中的應用研究

寧興園 郭勇 王繼明

摘 要：以測繪地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展為引入點，對GPS測繪技術、RS測繪技術、GIS測繪技術、GPS-RTK測繪技術等技術性能進行研究，得出測繪地理信息技術在地質勘察中的重要性。幾種測繪技術的精確度和準確度，可以應用在復雜的地質測繪工作中;綜合技術特點，闡述了測繪技術在實際勘察中的具體應用，以促進地質勘察工作順利進行。

關鍵詞：測繪;地理信息技術;地質勘察

中圖分類號：P624;P208.2 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0164-05

傳統(tǒng)的測繪技術，耗時耗力、成本高、效率低、準確度低。在計算機技術的快速發(fā)展、科學技術的推動下，逐漸涌現(xiàn)出一些性能更加完善的新型測繪技術。這些技術的出現(xiàn)，促進了水文地質工程、航空航天、石油等領域的發(fā)展，測繪地理信息技術也逐漸在地質勘察中顯露出足夠的優(yōu)勢。地質測繪作為地質勘察中的一項重要工作內容，在進行地質測繪時，需要了解勘察區(qū)域的構造，了解勘察區(qū)域的地質信息，從而獲取勘察結果的準確度[1]。近年來，測繪技術在地質勘察領域中被廣泛應用且效果顯著，因此對測繪地理信息技術展開討論和研究，可以促進地質勘察工作的更好發(fā)展。1 測繪地理信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展芻議

我國測繪行政管理部門成立于20世紀70年代左右，在解放初期到20世紀70年代期間，測繪工作由國家直屬測繪單位承擔，其后測繪系統(tǒng)與其他行業(yè)測繪單位共同合作，完成測繪相關工作。測繪系統(tǒng)單位承擔著全國基礎測繪的任務，各個行業(yè)的測繪單位承擔著經(jīng)濟建設的測繪工作。到了20世紀90年代，隨著國家機構的革新，新技術的涌現(xiàn)，讓測繪技術得到了提高，在基礎測繪工作方面成就顯著，為國家的建設提供了技術支持，從業(yè)人員逐漸攀升，測繪服務總值逐漸提高，為社會創(chuàng)造了極高的價值。新世紀以來，測繪監(jiān)管加強，測繪市場逐漸走向規(guī)范[2]。當前測繪產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在優(yōu)勢突出的同時，也伴隨著各種問題，如基礎數(shù)據(jù)沒有得到統(tǒng)一共享，測繪成果與運用開發(fā)脫節(jié)，測繪市場活力低，測繪生產(chǎn)模式重復等。傳統(tǒng)的測繪生產(chǎn)模式落后，測繪技術人員外業(yè)工作條件艱苦，長期的野外工作無法兼顧家庭，制約了人才的流通，讓測繪產(chǎn)業(yè)無法成為真正的高新技術產(chǎn)業(yè)。

2 測繪地理信息技術在地質勘察中的應用

2.1 GPS測繪技術

GPS全球定位系統(tǒng)多用于海陸空等領域的導航和定位，隨著技術的不斷進步，由最初的模糊定位轉變?yōu)榫_定位，在一些困難勘察區(qū)域，如控制點少、通視效果差的區(qū)域，使用GPS測繪技術可以減少作業(yè)時間和作業(yè)風險，提高測量的準確度。GPS控制測量工作可以分為內部作業(yè)和外部作業(yè)兩種形式，外部作業(yè)主要對環(huán)境進行選點、建立觀測標志、檢測成果質量;內部作業(yè)主要針對GPS測量的技術以及數(shù)據(jù)處理進行操作。從GPS測繪技術實時的實際情況來看，主要分為技術設計、選址、建立標識、成果檢測等幾項內容，在使用GPS測繪技術進行監(jiān)測過程中，需要使用兩臺接收機進行工作，這兩臺接收機分別安置在一條基線端點處，根據(jù)測繪的需求進行同步觀測，根據(jù)觀測的衛(wèi)星數(shù)時段、長度需要確定測繪等級。另外，在使用GPS測繪技術時，需要遵循測繪原則;點位的設置要在視野開闊的高點上，便于安裝接收設備，點位目標要明顯，周圍15 m以上不能有障礙物，避免影響GPS的信號[3]。

2.2 RS測繪技術

RS技術是指遙感技術，其優(yōu)勢是可以對物體進行有效探測和識別，并感知紅外線和電磁波，在航空攝影以及地質災害勘察中被廣泛應用。從科學技術的角度分析，推動RS的發(fā)展有很多因素，衛(wèi)星遙感技術在測繪工作中地位也十分顯著，不僅能夠獲取不同類型，還擁有多種獲取方式，對獲取的類型進行多極化、多波段的方向發(fā)展[4]。另外，分辨率的提高，讓該技術在獲取地質信息準確度方面有了明顯提高。遙感技術在地質勘察過程中不僅能夠獲得大量的信息資源，還可以獲取準確的數(shù)據(jù)。而且該技術不會受到地面環(huán)境的干擾，測繪的范圍廣，在進行地質勘察工作時可以更加順利。

2.3 GIS測繪技術

GIS地理信息系統(tǒng)技術先進，融合了多種科學理論，在數(shù)據(jù)處理方面有自己獨特的一套方式，主要借助計算機網(wǎng)絡技術。該技術最大的特色就是能夠將空間和位置進行結合，并進行完整呈現(xiàn)，這種呈現(xiàn)形式讓數(shù)據(jù)顯得更加直觀形象。該技術包含多個維度，擁有豐富且多元化的信息以及數(shù)字化的功能，可以對信息進行采集、對數(shù)據(jù)進行分析。在地質勘察中，使用GIS技術，要遵循一定的勘察原則，以地理信息系統(tǒng)為基礎，結合大量的數(shù)據(jù)信息，多維度、多角度的完成數(shù)據(jù)信息的采集、分析、處理，通過地質構造的特殊性完成對成礦的預測，并指導地質礦產(chǎn)的勘察，最后對勘察區(qū)域進行模擬。成礦預測的工作原理就是根據(jù)自身的優(yōu)勢快速找出勘察區(qū)域的地質礦產(chǎn)數(shù)據(jù)，完成對數(shù)據(jù)的分析工作，利用計算機技術進行處理后找到問題所在，并對區(qū)域進行標識，根據(jù)礦點與斷層的特殊性對存在異常的地質進行整合，從而對其空間性進行判斷。此外，GIS技術可以通過空間模擬的形式構建空間分析模型，完成對礦產(chǎn)數(shù)據(jù)的篩查工作，將獲取的游泳信息通過計算機進行匹配，形成新的數(shù)據(jù)庫[5]。

2.4 GPS-RTK測繪技術

GPS-RTK技術融合了GPS技術與RTK技術，具有自動化程度高，使用方便的特點。在使用GPS-RTK技術進行勘察時，不會發(fā)生較大的誤差，勘察工作效果良好。使用該技術進行地質勘察時，（1）要對圖根點進行控制和測量：因為RTK作為一種流動測量技術，所獲取的坐標數(shù)據(jù)精準度高，完全可以滿足圖根點的要求;在進行地質勘察時，可以通過RTK技術對所在區(qū)域的圖根點進行測量，可以獲得的精度高，且操作方面。（2）在進行地質工程放樣時，需要通過布設勘探線及鉆探的方式進行勘察，由于地質測量的區(qū)域大，地形復雜，因此傳統(tǒng)的全站儀無法更好的完成勘察工作;而使用RTK技術，可以通過電磁波的優(yōu)勢提高工作效率。（3）地形測量是地質勘察的重要性組成部分，需要采用不同的比例進行地圖繪制，減少人為誤差[6]。（4）RTK技術可以將布設、測量、計算等多個類型進行融合，對橫斷面上進行剖面測量時，需要對土方石的相關參數(shù)進行計算，在進行勘察定位時，可以使用手持GPS設備提高勘察的工作效率。流動站與基準站二者之間的關系，可以使用GPS-RTK技術進行觀測，根據(jù)觀測得到的數(shù)據(jù)可以得到圖根控制點的坐標，根據(jù)GPS點的坐標，得到區(qū)域內用戶所需要的轉換參數(shù)，從而對整個區(qū)域進行監(jiān)測和控制。在對高程進行測定時，可以適當增加參考點，根據(jù)測距范圍建立對應的數(shù)據(jù)模型，GPS-RTK的參考點及等級轉換殘差要符合要求，具體如表1所示。

3 實際應用

3.1 在礦產(chǎn)勘探中的應用

在礦山地質工程測繪時，對新技術的需求越來越大，傳統(tǒng)的測繪技術要與新型測繪技術進行融合，完成對礦山地質的測量，如圖1所示。

根據(jù)圖1的測繪技術流程，我們對新型測繪地理信息技術的應用有了一個全新的了解，使用新型測繪地理信息技術對礦山地質工程進行測量，融合同類型的地理信息技術，在多媒體網(wǎng)絡技術的背景下，對動態(tài)數(shù)據(jù)進行整理和分析，從而提高測繪技術。當使用衛(wèi)星傳輸技術對礦山地質工程進行測量時，需要通過具體的數(shù)據(jù)獲取礦山區(qū)域的具體位置，在使用過程中可能會出現(xiàn)折射誤差。

信號在進行傳輸過程中，以波段的方式從電離層進入到對流層中，由于電子信號的傳播速度不穩(wěn)定，當發(fā)生延時后，會影響測繪的結果，從而產(chǎn)生誤差。因此，對測量誤差展開研究可以減少誤差給測量帶來的數(shù)據(jù)迷惑，選擇空曠的場所，更有利于進行數(shù)據(jù)的監(jiān)測[7]。

通過實驗進行論證分析，如以直徑1 500 km、高600 km的礦山作為研究對象，在同一個測量環(huán)境下進行監(jiān)測，對新型測繪地理信息技術和傳統(tǒng)的測繪地理信息技術進行數(shù)據(jù)對比，結果如表2所示。

根據(jù)表2的測量結果顯可知，新型測繪地理信息技術具有明顯優(yōu)勢，成本低、勘測范圍大，在擴大范圍的基礎上對實驗對象進行測量，可以獲得更加精確的實驗數(shù)據(jù)。大大縮短了人力、物力的成本，經(jīng)濟效益顯著提升。根據(jù)實驗結果可以得出，新型測繪地理信息技術相對于傳統(tǒng)的測繪，數(shù)據(jù)更加精準有效，降低了測量過程中所存在的誤差率，保證了礦山地質形態(tài)的穩(wěn)定，提高了地質勘測的整體水平。

3.2 在工程測繪中的應用

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集中，需要對測量的數(shù)據(jù)進行反復確認，以保證數(shù)據(jù)的準確性。數(shù)據(jù)的采集容易受到天氣和地理位置的影響，引入測繪地理信息技術，這些問題都得到了很好的解決，因為地理信息系統(tǒng)可以跨越時間和空間，通過柵格、矢量的方式存儲數(shù)據(jù)。柵格是存儲單元中用于存儲的唯一值，主要根據(jù)地面上的單位網(wǎng)格寬度確定采集的分辨率;矢量主要是根據(jù)幾何圖形進行展現(xiàn)，通過搜集大量的數(shù)據(jù)，利用定位系統(tǒng)將地理位置坐標錄入到信息系統(tǒng)中進行存儲，通過遙感系統(tǒng)所提供的信息進行數(shù)據(jù)存儲。在進行測繪工作時，使用地理信息系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的處理與轉化，并根據(jù)數(shù)據(jù)結果對其進行處理和編輯，完成建模，根據(jù)信息系統(tǒng)對屬性條件進行識別，完成數(shù)據(jù)的測量。當數(shù)據(jù)采集的技術分析和數(shù)據(jù)轉化完成后，在地理信息系統(tǒng)上進行數(shù)據(jù)分析，地理信息系統(tǒng)空間分析作為整個系統(tǒng)的核心，是測繪工作的重點，難度也較大，需要對空間物體的位置和性質進行關聯(lián)，繼而得到對空間事物的定量描述。地理信息系統(tǒng)的過程復雜，需要結合多種學科，根據(jù)空間的情況對其進行綜合分析，如果想要更加深入的研究數(shù)據(jù)空間，需要在拓撲學、空間統(tǒng)計學的基礎上進行，獲取對空間數(shù)據(jù)的認識，最終完成模擬和預測[8]。

3.3 在地質災害防治中的應用

地質災害有很多種，如地面沉降、洪水爆發(fā)、水土流失以及海嘯等，這些地質災害都是在自然演化和人為的作用下所發(fā)生的災難，對我們的生命財產(chǎn)安全以及環(huán)境都會造成巨大的破壞。我國近年來地質災害頻發(fā)，洪水、滑坡、泥石流、土地荒漠化等，已經(jīng)嚴重制約到社會的經(jīng)濟發(fā)展。地質災害監(jiān)測可以對發(fā)生災害的過程進行記錄，是提前預測地質災害的重要技術手段。測繪技術作為地質災害檢測的核心技術，可以對降水、氣溫等氣象進行觀測，還可以對水位、流量進行觀測，更可以對地形變、地下水位以及斷層位移等地質進行觀測。

在地質災害監(jiān)測中，測繪地理信息技術起到了非常重要的作用，傳統(tǒng)的地質災害監(jiān)測技術是將多種測量儀進行集合，從而完成對地質的勘察，并將勘察到的數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)預報中心進行存儲，預報中心接收到之后對數(shù)據(jù)進行研究，確定災害的等級。在地質災害監(jiān)測中，變形監(jiān)測是重點，變形監(jiān)測分為內部監(jiān)測和外部監(jiān)測兩種形式，以測量技術進行監(jiān)測屬于外部監(jiān)測，常用的傳統(tǒng)監(jiān)測方法：三角交會、水準法、小角法;常用的監(jiān)測裝置有全站儀、經(jīng)緯儀等。在2020＼| 01-05，全國共發(fā)生地址災害657起，其中滑坡273起;崩塌238起;泥石流70起;地面塌陷76起，具體如圖2所示。

測繪地理信息技術在地質勘察、地質災害防治方面效果顯著。GIS地理信息系統(tǒng)可以對特定的地質空間信息進行數(shù)據(jù)匯總，以二維或者三維地圖的形式顯示，該技術已經(jīng)深入到地質災害預報以及綜合服務系統(tǒng)等領域。GNSS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)采用靜態(tài)差分相對定位技術，可以對地質災害隱患處進行自動監(jiān)測。同時，GNSS觀測到的數(shù)據(jù)會上傳到數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)了高精度的自動化監(jiān)測，在崩塌、泥石流、滑坡等領域得到了廣泛的應用。在現(xiàn)代地質災害防治領域中，遙感技術也是一個重要的監(jiān)測技術，遙感技術由微波遙感、高光譜遙感、高空間遙感技術組成，通過遙感技術可以準確的分析出災害地區(qū)所發(fā)生的地質災害，反映出災害的形態(tài)特征，在第一時間對地質災害周圍的情況進行收集處理，為災后提供數(shù)據(jù)支撐;采用無人機攝影測量技術獲取的數(shù)據(jù)非常準確，通過專業(yè)的軟件建立實景模型，生成數(shù)字影像，從而快速識別地質災害的范圍;三維激光雷達技術的精確范圍達到了“cm”級，在無人機打造激光掃描儀，對土地進行激光掃描，通過激光反射光測量目標，生成三維模型，完成對植被、房屋的數(shù)據(jù)篩查，讓隱藏在植被之下的古老滑坡體也能夠被發(fā)現(xiàn)。

4 結語

高分辨衛(wèi)星遙感、無人機、地下傳感裝置、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術的快速發(fā)展，為社會的安全穩(wěn)定運行提供了技術支撐，同時也為自然災害風險源的發(fā)現(xiàn)做好了提前準備;地質災害監(jiān)測預警的數(shù)據(jù)，為主動防范地質災害奠定了基礎。我國現(xiàn)在重點構建天空地一體化的多元立體監(jiān)測體系，致力于長期監(jiān)測和掌握地質災害的發(fā)展動態(tài)，為地質災害風險源的提前發(fā)現(xiàn)做好準備。在災害發(fā)生之前，采用先進的勘測技術，自動預警和發(fā)送信息，當災害發(fā)生后，可以有一套完整的應急響應措施和處置，讓整個流程可以更加的信息化和科學化。在今后的地質災害防治工作中，不管是在技術研發(fā)，還是裝備研制方面，測繪地理信息技術都能夠發(fā)揮出巨大作用。

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