基于3S技術(shù)的現(xiàn)代礦山測(cè)量應(yīng)用探析

＊陰 杰

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦 山西 032306）

在全球信息化發(fā)展的背景下，空間信息技術(shù)快速發(fā)展，衍生出了多種不同的先進(jìn)技術(shù)，包括全球定位系統(tǒng)、地理信息技術(shù)以及遙感技術(shù)等，在我國(guó)的多個(gè)領(lǐng)域均有所應(yīng)用。尤其是近年來(lái)礦山開(kāi)采逐漸進(jìn)入到更加復(fù)雜的地形環(huán)境之后，利用3S技術(shù)進(jìn)行測(cè)量能夠形成更加便捷的應(yīng)用模式，降低了測(cè)量難度，并改進(jìn)了以往測(cè)量中數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)的問(wèn)題，為礦山資源測(cè)量開(kāi)采提供了更為強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

1.礦山測(cè)量中的3S技術(shù)簡(jiǎn)述

（1）技術(shù)內(nèi)涵。衛(wèi)星遙感RS測(cè)量技術(shù)、地理信息GIS技術(shù)以及全球定位GPS技術(shù)相結(jié)合就形成了3S測(cè)量技術(shù)。這一技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)繪工程中的應(yīng)用較為廣泛，其中主要是借助于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)等創(chuàng)建了完整的測(cè)繪系統(tǒng)，通過(guò)全球定位、地理信息技術(shù)等，對(duì)測(cè)量作業(yè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位詳細(xì)的獲取、分析與處理，在現(xiàn)代測(cè)繪作業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛。

作為一門(mén)不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)前進(jìn)發(fā)展的過(guò)程中，礦山開(kāi)采不斷擴(kuò)大范圍，而礦山測(cè)量技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了較大的應(yīng)用范圍。利用先進(jìn)的3S技術(shù)，在礦山測(cè)量中的底面碎部測(cè)量、地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)、地面控制測(cè)量以及地表沉降等領(lǐng)域中均開(kāi)拓了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。或是利用先進(jìn)的3S技術(shù)，創(chuàng)建了礦山模型，基于多元數(shù)據(jù)對(duì)礦體分布更加直觀地加以分析，并了解礦山地下結(jié)構(gòu)中的地質(zhì)體等[1]?；诳茖W(xué)技術(shù)的新發(fā)展，傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新飛躍，在體系以及模式上均實(shí)現(xiàn)了不同程度的優(yōu)化，進(jìn)而促使礦山測(cè)量作業(yè)逐漸朝向自動(dòng)化與智能化發(fā)展。

（2）應(yīng)用價(jià)值。在礦山測(cè)量中應(yīng)用3S技術(shù)，首先能夠有效避免地形環(huán)境對(duì)測(cè)量工作產(chǎn)生負(fù)面影響造成的測(cè)量結(jié)果失真。我國(guó)大多數(shù)的礦山處于較為復(fù)雜的地形環(huán)境當(dāng)中，尤其是在我國(guó)不斷開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源的背景下，當(dāng)前尚未開(kāi)發(fā)的礦山往往處于較為險(xiǎn)峻的地勢(shì)結(jié)構(gòu)中，這樣的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)用傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)可能會(huì)受到一定的阻礙。而應(yīng)用3S技術(shù)加以測(cè)量，則可以利用更加先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，具有更加靈活的操作，即使是在森林覆蓋率較高的區(qū)域也能夠進(jìn)行更為便捷的測(cè)量應(yīng)用，進(jìn)一步降低環(huán)境因素對(duì)測(cè)量過(guò)程以及結(jié)果的影響。

其次，在實(shí)際應(yīng)用3S技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，也能夠形成更加安全的應(yīng)用表現(xiàn)。由于以往應(yīng)用的測(cè)量技術(shù)較為落后，需要大量的技術(shù)人員深入到礦山范圍內(nèi)加以人工測(cè)量，面臨著較大范圍的測(cè)量作業(yè)需求，測(cè)量作業(yè)量較大且效率相對(duì)較低，與此同時(shí)在復(fù)雜的地形環(huán)境下礦山存在著眾多未知的因素，具有一定的安全隱患。而應(yīng)用3S技術(shù)，通過(guò)衛(wèi)星遙感等，利用地面遠(yuǎn)程操控技術(shù)就能夠輕松完成測(cè)量作業(yè)，無(wú)需人員深入礦山中開(kāi)展測(cè)量，保障了測(cè)量效率的提升與測(cè)量工作的安全。

2.礦山測(cè)量中的3S技術(shù)應(yīng)用

(1)RS技術(shù)

遙感技術(shù)建立在電磁波理論的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的傳感器對(duì)礦產(chǎn)測(cè)量區(qū)域中的電磁波數(shù)據(jù)加以收集處理，進(jìn)而獲得相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果。遙感測(cè)量技術(shù)的成本相對(duì)較低且具有較為靈敏的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在測(cè)量中，能夠收集大量的信息[2]。作為一種簡(jiǎn)單的測(cè)量手段，遙感技術(shù)在礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)、調(diào)查以及分析工作中廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)能夠測(cè)量較大的范圍，并獲得直觀、綜合且真實(shí)遙感圖像，通過(guò)瞬時(shí)成像特征，便于及時(shí)且真實(shí)地反饋礦山大面積的地形地貌測(cè)量，并可通過(guò)對(duì)圖像的分析進(jìn)一步反饋礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及實(shí)況圖。基于圖像中不同的陰影便于綜合分析對(duì)比。

遙感技術(shù)在礦山測(cè)量中不斷創(chuàng)新發(fā)展，作為微波遙感的全新發(fā)展趨勢(shì)，其基于合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的形成，能夠?qū)ΦV山進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)并避免受到干擾，廣泛應(yīng)用于對(duì)礦山的觀測(cè)測(cè)量作業(yè)。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量作業(yè)中處理觀測(cè)幅值以及相位信息時(shí)主要是借助于合成孔徑雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，基于對(duì)相位信息加以干涉，進(jìn)而獲得最為精準(zhǔn)的地表高程信息。收集地表高程信息之后，對(duì)礦山在一定時(shí)間中出現(xiàn)的地表沉降以及變化等加以分析。在礦山測(cè)量中使用遙感技術(shù)獲得高程信息，其中該技術(shù)的應(yīng)用能夠達(dá)到精度的最大化，保障高程信息真實(shí)可靠。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，即使在暴雨以及陰天等環(huán)境條件相對(duì)較差的情況下進(jìn)行測(cè)量也能夠獲得更為精準(zhǔn)的高程信息?；谌旌虮O(jiān)測(cè)變化，能夠獲得毫米級(jí)精準(zhǔn)度的礦山高程信息，進(jìn)而展現(xiàn)出更為有效的監(jiān)測(cè)應(yīng)用表現(xiàn)，獲得礦山地表基于人為或是自然狀態(tài)下導(dǎo)致的變形情況，為礦山作業(yè)提供更為可靠的參考信息。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代，在國(guó)外相關(guān)學(xué)者的研究下，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用活動(dòng)更好，且能夠規(guī)避自然條件的應(yīng)用，能夠在各個(gè)領(lǐng)域的地表變形監(jiān)測(cè)中獲得更為精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，包括對(duì)火山噴發(fā)、滑坡、地表沉降等加以監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

而我國(guó)引進(jìn)該技術(shù)之后，將其應(yīng)用于礦山監(jiān)測(cè)的時(shí)間相對(duì)較晚，在如今高速發(fā)展遙感技術(shù)的背景下，促使合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)已經(jīng)能夠在多種不同的地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作中加以應(yīng)用，包括監(jiān)測(cè)沉降變形、冰川動(dòng)力等。其中在礦山測(cè)量中主要是用于對(duì)礦山地表的沉降變形等加以應(yīng)用。使用遙感設(shè)備在距離礦山一定高度的位置對(duì)礦山進(jìn)行自動(dòng)拍照并成像，快速對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地形地貌、植被覆蓋以及地質(zhì)條件等信息加以整合，通過(guò)圖像分析，為后續(xù)礦山開(kāi)采提供參考。

(2)GIS技術(shù)

利用地理信息技術(shù)在礦山區(qū)域內(nèi)開(kāi)展測(cè)量作業(yè)，主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入相應(yīng)的操作系數(shù)之后，在礦山區(qū)域范圍內(nèi)采集全球三維地理數(shù)據(jù)，并對(duì)其展開(kāi)詳細(xì)的分析，對(duì)分析完成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中整合，生成處理結(jié)果并加以?xún)?chǔ)存。地理信息技術(shù)的應(yīng)用基于使用功能、性質(zhì)上存在的差異，將會(huì)展現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的內(nèi)涵[3]。基于龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，地理信息處理系統(tǒng)廣泛收集了各類(lèi)地理信息數(shù)據(jù)，進(jìn)而在利用相應(yīng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備對(duì)礦山數(shù)據(jù)加以采集之后，對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，進(jìn)而更好地對(duì)礦山實(shí)際概況加以分析?；蚴强梢灾苯訉⒉杉牡V山數(shù)據(jù)輸入到信息系統(tǒng)中，通過(guò)信息自動(dòng)分析了解礦山的實(shí)況。

此外，在礦山測(cè)量作業(yè)中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，可建立在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上借助于處理、轉(zhuǎn)換、分析以及儲(chǔ)存等相應(yīng)功能對(duì)地理信息進(jìn)行加工。并且龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)也能夠?yàn)闇y(cè)量人員提供更加充足的以往數(shù)據(jù)，便于根據(jù)實(shí)際礦山測(cè)量需求，對(duì)以往數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，進(jìn)而通過(guò)對(duì)比分析，研究礦山的變化情況。在地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中幾乎涵蓋了所有的地球數(shù)據(jù)信息，在礦山測(cè)量過(guò)程中，僅僅是通過(guò)將采集到的礦山數(shù)據(jù)向地理信息系統(tǒng)加以輸入就能夠獲取到相應(yīng)的結(jié)果。

基于我國(guó)當(dāng)前在礦山測(cè)量作業(yè)中的實(shí)際情況而言，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，賦予了地理信息系統(tǒng)全新的智能化與自動(dòng)化應(yīng)用特征，在處理地理信息時(shí)具有更為強(qiáng)大的空間信息分析功能。因此在礦山測(cè)量中應(yīng)用地理信息技術(shù)，可通過(guò)三維建模，反映礦山地理空間形態(tài)，且在三維模型上對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)而全范圍立體分析礦山結(jié)構(gòu)?；谌S立體模型理念對(duì)礦山實(shí)體加以模擬，確保在三維畫(huà)面的透視觀察下，測(cè)量人員能夠更加直觀地對(duì)礦體邊界進(jìn)行定位分析，從而分析礦體中不同結(jié)構(gòu)分布的形態(tài)，進(jìn)而對(duì)礦山中的地質(zhì)體進(jìn)行精準(zhǔn)圈定，縮短以往礦體分析定位時(shí)間，提升開(kāi)采效率，并為找礦的深入研究提供地質(zhì)監(jiān)測(cè)依據(jù)。

且對(duì)地理信息技術(shù)加以應(yīng)用，可以創(chuàng)建多元數(shù)據(jù)模型，建立在豐富的地質(zhì)資料信息基礎(chǔ)上，對(duì)礦山的地質(zhì)現(xiàn)象加以反饋。以往在礦山測(cè)量作業(yè)中，采集到的地質(zhì)信息源較為單一，難以從中獲取充足且有用的信息內(nèi)容，進(jìn)而增大了礦產(chǎn)分析難度[4]。而建立在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，形成多個(gè)數(shù)據(jù)源，基于地理信息技術(shù)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)管理功能，對(duì)多個(gè)來(lái)源下的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速整合，并促使異源數(shù)據(jù)之間形成良好的融合作用。創(chuàng)建地理信息系統(tǒng)，并在礦山建設(shè)中引入，便于測(cè)量人員在礦山的緩沖設(shè)立區(qū)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等位置對(duì)礦山空間屬性進(jìn)行直接查詢(xún)，充分掌握礦山的基本地質(zhì)構(gòu)造，包括坍塌可能以及礦產(chǎn)位置等，具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確度，縮短使用時(shí)間，具有較強(qiáng)的安全可靠性。

(3)GPS技術(shù)

①用于地表移動(dòng)測(cè)量。以往在礦山測(cè)量作業(yè)中對(duì)地表移動(dòng)測(cè)量的技術(shù)存在著一定的落后問(wèn)題，在實(shí)際測(cè)量中較為復(fù)雜，工作量較大且容易出現(xiàn)誤差，無(wú)法達(dá)到較高的精度表現(xiàn)。因此在礦山測(cè)量作業(yè)中，應(yīng)用GPS全球定位技術(shù)能夠充分適應(yīng)地表移動(dòng)測(cè)量的實(shí)際需求。在不斷發(fā)展創(chuàng)新全球定位技術(shù)的過(guò)程中，在礦山測(cè)量中通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，將其相互連接，形成完整的GPS定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)，進(jìn)而能夠?qū)ΦV山內(nèi)部的地表、生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)缆芬约敖ㄖ锏冉Y(jié)構(gòu)展開(kāi)詳細(xì)的監(jiān)測(cè)。根據(jù)礦山區(qū)域的實(shí)際測(cè)量范圍，一般每一監(jiān)控點(diǎn)的坐標(biāo)之間應(yīng)間隔3～5m左右，且每一監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于10個(gè)。完成GPS定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)的創(chuàng)建之后，結(jié)合相應(yīng)的工程測(cè)量，以期對(duì)礦山的采空區(qū)進(jìn)行測(cè)量，充分收集礦山沉陷數(shù)據(jù)，進(jìn)而為以后需采空區(qū)測(cè)繪年限情況預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)參考。當(dāng)前礦山地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用GPS技術(shù)，基于監(jiān)測(cè)對(duì)象的差異性，可以按照快速靜態(tài)測(cè)量法、靜態(tài)測(cè)量法以及動(dòng)態(tài)測(cè)量法三種不同的類(lèi)型加以區(qū)分應(yīng)用。

②用于控制測(cè)量。隨著不斷發(fā)展的信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用更加成熟完善，在國(guó)外研發(fā)出全球定位系統(tǒng)之后，將其應(yīng)用于通信、三維導(dǎo)航等多個(gè)不同的領(lǐng)域，基于實(shí)施三維定位，促使GPS技術(shù)充分展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，在我國(guó)不斷對(duì)這一技術(shù)加以研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其可以用于礦山的控制測(cè)量、變形測(cè)量以及礦山產(chǎn)量預(yù)測(cè)等工作中。在應(yīng)用過(guò)程中將會(huì)促使GPS技術(shù)充分發(fā)揮其自動(dòng)化以及高精度的特征，且根據(jù)實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)勢(shì)，確保在礦山測(cè)量作業(yè)中形成更具實(shí)效性的參考數(shù)據(jù)。

利用GPS定位系統(tǒng)在礦山測(cè)量中加以應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)目標(biāo)物，在測(cè)量作業(yè)中，GPS系統(tǒng)包括三部分，地面基準(zhǔn)站負(fù)責(zé)對(duì)信息采集管理控制、數(shù)據(jù)傳輸連以及流動(dòng)收集數(shù)據(jù)站點(diǎn)?；贕PS定位監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，通過(guò)設(shè)置具有高精度的基準(zhǔn)控制站點(diǎn)，利用衛(wèi)星接收機(jī)，通過(guò)連續(xù)觀測(cè)礦山在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，隨后使用無(wú)線(xiàn)電傳輸設(shè)備在獲取到觀測(cè)信號(hào)之后向每一流動(dòng)站點(diǎn)上的接收機(jī)加以傳輸，最后基于相對(duì)定位原理對(duì)觀測(cè)信號(hào)加以計(jì)算，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)反饋出目的物計(jì)算完成后的三維坐標(biāo)以及測(cè)量精度，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)目的物的測(cè)量。

基于當(dāng)前階段在三維國(guó)家大地測(cè)量網(wǎng)中的應(yīng)用，GPS控制網(wǎng)能夠達(dá)到超過(guò)數(shù)千米的大范圍測(cè)量，通過(guò)確定世界大地坐標(biāo)系并轉(zhuǎn)換國(guó)家大地坐標(biāo)系的參數(shù)，可用于對(duì)測(cè)量目標(biāo)物的形狀、地質(zhì)災(zāi)害以及空間結(jié)構(gòu)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而為災(zāi)害預(yù)防提供參考[5]。布局時(shí)的相鄰間距從幾千米到幾十千米部不等，通過(guò)對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，便于為礦山工程的建設(shè)提供服務(wù)。

③GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用。GPS-RTK技術(shù)是一種基于GPS技術(shù)的基礎(chǔ)上所衍生的全新測(cè)量方法，通過(guò)使用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方式，利用動(dòng)態(tài)與固定接收機(jī)，對(duì)信號(hào)加以綜合性的采集與處理，建立在GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，便于對(duì)礦山測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位?；诟呔鹊膽?yīng)用，通過(guò)在基準(zhǔn)站上固定接收機(jī)，并在其周?chē)凑?～5m的距離對(duì)流動(dòng)接收機(jī)加以布置，從而在固定定位與動(dòng)態(tài)定位相互結(jié)合的應(yīng)用下全方位地獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)受到RTK技術(shù)的影響，促使衛(wèi)星向基準(zhǔn)站發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，基準(zhǔn)站能夠更加直觀地分析對(duì)比待觀測(cè)待觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息，隨即在相應(yīng)的系統(tǒng)差分觀測(cè)對(duì)比下，修正參數(shù)值，最后將修正完成的數(shù)據(jù)值借助于數(shù)據(jù)傳輸連向流動(dòng)站加以傳遞。

流動(dòng)站除了肩負(fù)著對(duì)數(shù)據(jù)加以修正的任務(wù)，同時(shí)也需要負(fù)責(zé)對(duì)同一衛(wèi)星發(fā)送的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)加以接收、完成精細(xì)化的數(shù)據(jù)處理之后，通過(guò)觀測(cè)系統(tǒng)給出厘米級(jí)的高精度定位參數(shù)。相較于以往在礦山測(cè)量中應(yīng)用到的測(cè)量方式而言，GPS-RTK技術(shù)的測(cè)量精準(zhǔn)度相對(duì)較高，且具有良好的實(shí)時(shí)性表現(xiàn)，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，形成了更加先進(jìn)的自動(dòng)化應(yīng)用表現(xiàn)，因此在礦山測(cè)量中的GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用更加廣泛，包括在地貌測(cè)繪、鉆孔放樣以及工程控制測(cè)量中均有所應(yīng)用。

3.結(jié)束語(yǔ)

作為現(xiàn)代先進(jìn)信息技術(shù)中的成果，3S技術(shù)在礦山測(cè)量中應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)更加便捷的測(cè)量效果，降低測(cè)量難度，提升測(cè)量效率，并保障測(cè)量安全，從而為礦山開(kāi)發(fā)提供更加充足的數(shù)據(jù)信息。3S技術(shù)在今后的發(fā)展中將會(huì)實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升不斷朝向智能化與自動(dòng)化趨勢(shì)發(fā)展。