测绘与地理信息新技术在矿山测量中的应用及展望.pdf

第 3期 2 0 1 3年 6月 矿 山 测 量 MI NE S URVEYI NG No 3 J u n 2 01 3 d o i： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 013 5 8 X 2 0 1 3 0 3 1 8 测绘 与地理信 息新技术在矿 山测量 中的应用及展 望 贺 继光 ， 沈 碧薇 ( 福建省闽煤地质勘查有限公 司， 福建 福 州 3 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 随着我国 I T与互联 网技术、 卫星技术、 光电技术的快速发展 ， 测绘学科理论及相关的测绘技术 手段也发生了根本性 的变革 ， 形成了现代测绘技术的新体 系。经过近 2 0年的发展 ， 现代测绘 已经完 成 了由传统测绘向数 字化测绘的过渡 ， 正在迈向信息化测绘的新阶段 。文中主要论述 了现代测绘与 地理信息 系统新技术在矿 山测量 中的应用和发展展望。 关键 词 ：矿 山测 量 ； 测 绘新技 术 ；测绘 新仪 器 ； 应 用展 望 中图分类号 ： P 2 0 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 3 5 8 X( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 4 9 0 3 现代测绘高新技术 日新 月异的迅猛发展 ， 使得 测绘学科的理论、 工程技术体系、 研究领域等 正在适 应新形势的需要而发生深刻 的变化 ， 特别 是卫星遥 感技术 、 地理信息系统技术 的发展使得 现代工程测 量学已远离了单纯为工程建设服务 的狭隘概念 ， 正 向着 “ 广义 工程 测量 学 ” 发展 ， 即“ 一 切不 属 于地球 测 量 、 国家地图集 的陆地测量和公 务测量 的应用测量 ， 都属于工程测量 ” 。矿 山测量作为工程测 量 中的一 个分支学科 ， 其服务范围、 工作方法 、 技术手段 等也 发生了巨大的变化 ， 正在向着信息采集 、 数据处理和 成果应用管理的数字化 、 网络化、 实时化 和可视化方 向发 展 。 1 现代 矿 山测 量在 矿 山 中的作 用 随着现代科学技术的发展、 劳动力的解 放 ， 传统 的矿 山测量任务 已经发生了巨大变化。基于现代先 进测绘技术 、 测绘仪器的应用 ， 现代矿山测量服务于 矿山勘探、 设计、 生产运营 和改造及 矿山环境保护 、 治理的各个 阶段 ， 正 日益发挥着 非常 重要 的作用。 现代 的矿山测量工作主要包括以下几个方面 ： ( 1 ) 建立 矿 区测 量 控 制 系 统 。主 要 是 矿 区测 量 控制 网的建立并与 国家高 等级控制 网联 测 ； 建立矿 区水准基点网并与国家高等级水准点联网。 ( 2 ) 为设计部 门提供基 础图纸资料 。主要是测 量并 绘 制 各 种 图纸 ( 如 8大 矿 图 ) 、 提 供 各 个 要 素空 间数 据 。 ( 3 ) 矿 山工 程 设 计 放样 。主 要 是 根 据 设 计 的相 关要求 ， 对矿 山进行机 电安装 、 管线埋设 、 土建工程 施工和采掘工程等方面的测量 工作 ， 同时， 要在煤矿 生产和基本建设过程 的各个 阶段上 ， 对各项工作是 否符合 图纸要求进行监督和检查 。 ( 4 ) 在矿山生产 中对矿山资源开发合理性进行 实地监督。主要是施工准确性指导检核 、 工程进度 监督、 “ 三量” 统计等。 ( 5 ) 为矿山的安全施工提供充分 的保 障。主要 是 ： 合理 留设保护煤柱、 通过各种 图纸与数据资料的 完备、 准确为矿山安 全事故的预防预警与救护提供 准确的测量资料。 ( 6 ) 矿 山地 表形 变 及 “ 三下 开 采 ” 研 究 。设 置 建 筑物、 岩层以及地表变形长期监测点 ， 研究确定本矿 区矿山岩层 和地表移动变形 系数 ， 对各类煤柱进行 修改和设计 ， 开展建筑物下、 水柱下和铁路下煤矿勘 探和设计工作 ， 通过移动变形参数 ， 对地表沉 陷问题 的发生范围和时间进行及时 的预报 ， 从 而避免人 身 安全事故和建筑物破坏事故 的发生 ， 保证 矿山的合 法生产和矿区社会环境的安全和谐 。 ( 7 ) 开展矿 山环境监测保 护、 采 矿沉陷综合 治 理 、 矿山地质灾害监测治理等综合保护治理工作 ， 促 进矿山科学发展 、 和谐发展 。 现代 的矿山测量工作必须将先进的现代技术同 矿山测量的实际工作 、 具体特点相结合 ， 并不断促进 矿山测量 的改进和发展 ， 才能够适应新 时代矿 山科 技发展对矿山测量 的新要求。 2现代 测 绘 与地 理 信 息 新 技 术及 其 在 矿 山测 量 中 的应 用 现代测绘与地理信息新技术 ， 主要包括 以下几 点 ： 49 第 3期 矿 山 测 量 2 01 3年 6月 ( 1 ) 航天遥感技术( R S ) 。航天遥感技术在 矿山 测量 中的应 用 已经 历 了较 长 的 时 间 ， 并 积 累 了 丰 富 的经验 ， 航空遥感 资料可作为矿 区地形 图测绘 的资 料来源 ， 通过像片校正 、 目视判读 、 野外调绘等工作 ， 完成地形图的测绘 。较之传统 的测 图方法 ， 利用遥 感资料进行 测图具有速度 快、 成本 低、 精度 高 的优 点 ， 现 已 发 展 成 为 一 种 应 用 极 为 广 泛 的 测 图 方 法 。 航空遥感在矿山测量 中应用的关键理论 与技术也正 处于研究之 中。应用遥感资料 ， 可获取矿 区实时、 动 态 、 综合的信息源， 对矿区环境进行监测 ， 为矿 区环 境保护提供决策支持 。遥感技术在矿山中的应用还 包 括 ： 煤 田区 域 地 质 调查 ； 煤 田储 存 预 测 ； 煤 田地 质 填 图 ； 煤炭 自燃 监测 ； 发火 区圈 定 ； 界 线划 分 ； 灭 火 作 业及效果评估 ； 矿井防治水 ； 地面采空沉 陷； 矿区地 面地质灾害调查 ； 矿 区土地复垦等 。 ( 2 ) 卫星导航定位技术( G N S S ) 在矿山测量 中的 应用 。全 球卫 星导 航定位 技 术 的 出现 给 整个 测 绘 科 学技 术 的发 展 带 来 了深 刻 的 变 革 。美 国 的 G P S 、 俄 罗斯 的格 洛纳 斯 ( G L O N A S S ) 、 欧洲 的伽 利 略 ( G A L I L E O) 、 中国的北斗 ( 英文 简称“ C O MP A S S ” ， 中文音 译名称“ B D ” 或“ B e id o u ” ) 并称为全球 四大卫星定位 系统 。 目前 ， G P S是 应 用 最 为广 泛 也 是 最 稳 定 的全 球卫星导航定位系统。G P S由于具有高精度三维定 位 、 观测时间短、 测站间不需要通视和全天候作业 等 优 点 ， 近 十年 来 已广泛 应用 于 测绘 工 作 的方方 面面 ， 它在矿山测量中的应用主要是取代传 统的地面测绘 工作 。 北斗卫星导航系统是中国 自主建设、 独立运行 ， 并与世界其它卫星导航系统兼容共用的全球卫星导 航系统 ， 可在全球范围内全天候 、 全天时为各类用户 提 供高 精度 、 高 可靠 性 的定 位 、 导航 、 授 时服 务 ， 并 兼 具短报文通信能力。2 0 1 1年 1 2月 2 7日， 北斗卫星 导航 系统 开始 试 运 行 服 务 。2 0 2 0年左 右 ， 北 斗 卫 星 导航 系统将 形成 全球 覆 盖能 力 。 系统 采 用卫 星 无 线 电测定 ( R D S S ) 与卫 星无 线 电导航 ( R N S S ) 集成 体 制， 既能像 G P S 、 G L O N A S S 、 G A L I L E O系统一样 ， 为用 户提供卫星无线电导航 服务 ， 又具有位置报告 以及 短报文通信功能。 随着我国卫星导航技术 的飞速发 展、 国产 自主 卫星系统 ( 北 斗 ) 组 网成 功 ， 北 斗产 业化 应用 的瓶 颈产 品价格、 产品质量 、 商业模式正在取得重大 突破 ， 卫星导航接收机的性能价格 比必然不断上升 ， 5 0 卫星导航定位技术将成为现代矿山测量的一项重要 支撑 技术 。 ( 3 ) 地理信息技术( G I S ) 在矿 山测量 中的应用。 应用于矿 区的地理信息系统称为矿区资源环境信息 系统 ( MR R I S ) 。MR R I S已成 为矿 山测 录 的重要 发展 方 向。以矿区资源环境 信息系统为平 台 ， 以各种测 量技术为数据获取的途径 ， 可 以建立集数据采集 、 处 理 、 管理 、 分析、 输 出于一体 的 自动化、 智能化 的技术 系统 ， 作为矿 山可持续发展 的决策支持。矿山测 量 工作是建立 MR R I S的前提性工作 ， 而建立 M R R I S 则 是矿山测录发展的必然趋 势。现在 ， 我 国国土资源 管理 、 建设规划等部门正在通过政府 管理途径 大力 推广此项技术 的应用 ， 地理信息产业的发展已经上 升到国家战略产业 发展 的高度 ， 而且随着相关 的各 种软件得到成熟开发应用 ， 对地理信息技术产业化 发展势必造成积极的影响和推进作用。 ( 4 ) 惯 性测 量 系统及 其在 矿 山测量 中的应用 惯性测量系统 ( I S S ) 是一种卫星导航定位技术 ， 具 有 全天 候 、 自主式 、 快 速 多 能 和机 动灵 活 等 优 点 ， 为 大地测 量 、 工 程 测 量 和 矿 山测 量 作 业 ( 非 地 下 工 程 ) 的 自动化 和智 能化 提供 了另 一 种新 的技 术手 段 。 它是 利用 惯 性 导 航 的原 理 ， 同 时获 取 大 地 多 种 测 量 数据 ( 经 纬 度 、 高 程 、 方 位 角 、 重 力 异 常 和 垂 线 偏 差 等) 的一种技术 系统。I S S可分为两大类 ： 平 台式 系 统 和捷联 式 系统 ， I S S在 测绘 领 域 的 主要应 用 目标包 括 ： 控制 测量 ， 如 对 已有控 制 点 的检 核 、 加 密 、 航 测控 制等 ； 管线监测 、 定位、 地壳形变 、 地表沉陷观测 ； 地 震、 重力测量 、 地球物理研 究 ； 矿 山井筒和罐道梁 的 垂直性监测等 。G P S I S S组合 系统是满足高精度导 航和定位要求的发展方向之一。这种组合系统可使 C P S与 I S S的性能 得到 很多 互补 ， 能 够 以整 体 大地测 量 模 型进行 数 据 处 理 ， 同 时 确 定 三 维 坐标 和 大 地 水 准面 ， 使定位和导航的精度提高且稳定。I S S在我 国 矿山测量中应用 的工作尚未深入开展 ， 以 G P S+I S S 组 合 系统应 用 于矿 山测 量是 一项 有 发 展前 途 的全 新 技 术 。 3 现代测 绘 仪器及 其在 矿 山测 量 中的应 用 ( 1 ) 全站仪及其在矿 山测量中的应用 全站仪作为 当前应用最为广泛 的测绘 仪器 ， 是 电子技术与光学技术发展结合 的光 电测量仪器 ， 也 是集测距仪 、 电子经纬仪优 点于一体的的仪器。智 第 3期 贺 继光 等 ： 测绘与地理信 息新技 术在矿 山测量 中的应 用及展 望 2 0 1 3年 6月 能化的全站仪集成 了光 、 电、 磁 、 机的最新科学成果 ， 测距、 测角 、 定向功能集为一体 。全站仪由于具有双 路传输 的通讯功能 ， 能接收外部计算机 的指令 、 由计 算机输人数据 ， 也能向外部计算机输 出数据 ， 以数字 形式提供测量成果 ， 操作简便、 性 能稳 定 ， 并且基 于 全站仪和现代信息技术可建立矿山三维数据 自动采 集 、 传输 、 处理的矿 山测量数据处理 系统， 取代 了传 统的手簿记录、 手工录入 、 繁琐计算 等大量 的重复性 的工作 ， 既提高 了工作效率又提高 了成果精度 ， 使其 在矿 山测量 中得 到 了广 泛 的应 用 。矿 区地 面 控 制测 量 、 地形 测量 、 矿 山建 设 工 程 测 量 、 井 下施 工 测 量 等 传统 的矿山测量工作任务均可用 全站仪进行 ， 特别 是井 下测 量 。 此外 ， 全站仪在矿山地表移动监测、 矿区土地复 垦工程实施 、 矿 区地 质灾 害治 理等方面也都得到 了 广泛 应用 。 正是基于全站仪和计算机技术在测绘领域 的广 泛应用 ， 我国的现代测绘工作 完成了 由传统测绘 向 数 字 化测 绘 的过 渡 。 ( 2 ) G P S相关仪器在矿山测量 中的应用 。 G P S相 关仪 器 主要包 括 ： 静 态 G P S接 收机 、 实 时 动态测量 G P S接 收机 ( R T K) 、 手 持式 G P S接 收机 等 。它在矿山测量 中的应用 主要是取代传统 的地面 测绘工作 ， 如利用 G P S技术进行矿 区控制网建立或 复测、 改造 ； 矿 区地表移动监 测； 水文观测孔 高程监 测 ； 地质灾害监测等 。另外 ， 在矿 区规划测量 、 施 工 测量、 勘探测量等领域也都得 到了广泛的应用 。静 态 G P S接收机主要用于控制测 量和精确定位 、 矿区 监 测 ； 实时 动态 测 量 G P S接 收 机 ( R T K) 主 要 用 于测 图和工程放样标定 ； 手持式 G P S接收机主要用 于精 度 要求 不 高的初 步 勘查 阶段 调查 测量 。 ( 3 ) 其他的现代测绘仪器如激光指 向仪、 电子陀 螺经纬仪、 数 字水准仪等也都在矿 山测量 中得 到了 应 用 ， 并 以这 些 仪器 技术 为基 础 ， 形成 了许 多 矿 山测 、 、 ( 上接 第 3 0页) 参考文 献 ： 1 中国统配煤矿 总公 司 煤矿测 量手 册 M 北 京： 煤 炭 工 业 出 版社 1 9 9 0 2 能 源部 煤矿 测量规 程 M 北 京 ： 煤炭 工 业 出版 社 ， 1 9 8 9 量的专用仪器。 ( 4 ) 矿山测量技术及仪器的今后发展方向 矿 山测 量技 术 的发展 方 向 ， 可 以 简要 概 括 为 “ 四 化” ， 即： 内外业一体化 ； 数据获取与处理 自动化 ； 测 量工程控制和系统行为的智能化 ； 测量成果 和产 品 的数字化 、 网络化 、 实时化和可视化。“ 3 S ” 集成技术 是当前国内外测绘新技术的发展趋势 ， 相应测量仪 器设备的发展也是 以各种现代科学技术 的融合使其 更加智能化为发展方向 ， 如全站仪与 电子 陀螺仪 的 集合 、 全站仪与 G P S的集合、 G P S与 I S S的集合 、 R T K 与网络技术的集合 、 全站仪及 G P S与激光扫描仪 的 集合等。 矿山测量是现代工程测量 中的一个 分支 ， 它是 一 门交叉性学科 ， 其发展 和进