矿山测量中“3S”技术的应用与发展

矿山测量中“3S”技术的应用与发展

胡学华

四川省地质矿产勘查开发局一〇九地质队四川成都610100

摘要：矿山测量服务于矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段。文章简述了全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)在矿山测量中的应用现状和应用模式，介绍了“3S”技术在矿山测量中集成化的发展趋势和发展前景。

关键词：矿山测量；“3S”技术；数字矿山；空间信息学

引言

矿山测量学是一个重要应用领域，在广大的煤矿、金属矿山、有色矿山等的生产过程中发挥着重要的作用，是测量学、地质学和采矿学的一个交叉学科。它是综合运用测量、地质及采矿等多种学科的知识，来研究和处理矿山地质勘探、建设和采矿过程中由矿体到围岩、从井下到地面在静态和动态下的各种空间几何问题。我国矿山测量历经半个多世纪的发展，已在矿业部门形成和采矿、矿建、地质、环境等学科既相互独立，又彼此渗透、交融的态势。矿山测量的现代任务是:在矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段，对矿区地面和地下的空间、资源(以矿产和土地资源为主)和环境信息进行采集、存储、处理、显示、利用，为合理、有效地开发资源、保护资源，保护环境、治理环境服务，为工矿区的持续发展服务。为了实现其现代任务，矿山测量必须充分应用现代测绘仪器和技术，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，拓宽矿山测量的生存空间和业务范围，促进矿山测量的改革和发展，适应市场经济体制和矿山体制改革的需要。

随着测绘科学技术的不断发展，以计算机技术为核心的数字测量技术取得了迅猛的发展，以数字测绘、全球定位系统、遥感和地理信息系统为代表的测绘新技术体系已经建立，新型测绘仪器迅速出现与普及，使矿山测量从理论到实践发生了根本性变化。在新时期测绘新技术的应运而生为矿山测量技术的进步注入了巨大的活力，特别是“3S”技术的发展，成为矿山测量学取得新发展、新突破的关键。

1“3S”技术在在矿山测量中的应用

“3S”技术是全球定位系统(Globalpositioningsystems，GPS)、遥感技术(Remotesensing，RS)和地理信息系统(Geographyinformationsystems，GIS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。随着“3S”技术的发展，将全球卫星定位系统、地理信息系统、遥感技术紧密结合的“3S”一体化技术已显示出广阔的应用前景。将GPS、RS、GIS三种独立技术系统集成，构成一个强大的技术体系，实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。

1.1GPS技术在矿山测量中的应用

GPS是美国国防部研制的卫星测时测距/导航/全球定位系统，是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性(陆、海、空、航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定时、定位功能，能提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS接收机的一般定位精度在6m左右，采用差分技术以后，可以获取毫米级的精度，这就意味着在地球表面每一平方毫米将会只有一个唯一的地址，因此完全可以满足地质矿产调查中地质点定位、边界特征点定位和路线调查的定位、矿山地质灾害点监测等工作要求。GPS主要用于：①GPS技术应用于矿区地面控制测量；②RTK技术用于矿区地面碎部测量；③GPS技术应用于矿区地表移动监测。

1.2RS技术在矿山测量中的应用

20世纪70年代以来，空间遥感(RS)技术取得了重大进展，形成了对地球资源及环境的信息收集系统。RS能快速、高实效获取多波段、多时相信息，解决了相关数据的获取和更新问题，因此航天遥感和航空遥感技术已经在矿山测量中得到了广泛应用。①RS技术在矿区地形图测绘中的应用。米级、亚米级地面分辨率遥感图像的商业应用，使得利用遥感图像进行大比例尺地形图测绘成为可能。②InSAR技术应用于矿区地表沉降监测。由于它可以获得全球高精度的(毫米级)、高可靠性的(全天时、全天候)地表变化信息，因此能够有效地监测由自然和人为因素引起的地表形变。

1.3GIS技术在矿山测量中的应用

GIS是一门新兴的边缘学科，集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息科学和管理科学为一体，是采集、储存、管理、分析和描述空间数据的空间信息分析系统。GIS与计算机辅助制图技术在地质、矿产领域中的应用已经起步。地理信息系统在地质、矿产领域的应用可以概括为三个方向:①基于GIS技术建立多源数据找矿模型；②矿山管理信息系统；③三维数字矿山。

2“3S”技术集成化的发展趋势

GPS、RS和GIS存在着十分密切的联系。RS为传统的空间测量技术，GIS技术因RS提供了系统、连续、多时相动态的数据而产生活力，GPS则以能获取全天候的精确三维坐标数据为RS和GIS应用提供了基础保证。它们在硬件、软件、操作平台上趋于技术上的整合，现在逐步走向一体化。

“3S”技术集成是当前国内外的发展趋势，在这种集成中，GPS主要用于提供目标的空间位置，RS用于快速地提供目标地物的信息，GIS则对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存取。三者在功能上存在明显的互补性，只有将它们集成在一个统一的平台中，其各自的优势才能得到充分发挥。如GPS与InSAR数据融合应用于矿山开采沉陷监测，既可以改正InSAR数据本身难于消除的误差，又可以实现GPS技术高时间分辨率和高平面位置精度与InSAR技术高空间分辨率和高程变形精度的有效统一；利用遥感影像资料进行矿区土地利用变化进行分类解译，结合GIS技术进行土地利用动态监测可以全面、系统地反映土地利用状态及其分布规律；GPS与GIS组合用于矿山安全监测，则可构成GPS数据采集与GIS数据管理的实时分析等。自1998年美国副总统戈尔提出“数字地球”概念以来，相继提出了“数字中国”、“数字城市”、“数字长江”、“数字矿山”等一系列“数字X”概念。“数字矿山”(DigitalMine，简称DM)是以计算机技术、多媒体技术和数据库技术为基础，以网络技术为纽带，运用3S技术和虚拟现实等技术实现与矿山基建、勘探、开发、开采、环境保护、治理等相关信息的采集、输入、存储、检索、查询与空间分析，并实现空间信息的多方式输出和联机决策的分析处理系统。近年来，国内已有许多学者对“数字矿山”的概念、内涵、体系结构及其核心技术等进行了有益的探讨和研究。目前大多数学者认为，“数字矿山”是一个多学科群体，涉及诸多交叉学科领域的发展方向，它不是一项具体的工程或技术体系，需要根据我国的国情和矿山实际进行较长时期的逐步建设和完善。

3结束语

因此，随着空间技术、计算机技术、通讯技术和信息技术的发展，传统测绘学科的技术体系、研究领域和学科目标都发生了深刻的变化。测绘学逐步发展为内涵更为丰富的“地球空间信息学”。矿山测量学作为测绘学的一个分支，在“3S”技术的推动下，正朝着“矿山空间信息学”的方向发展。

参考文献：

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[2]黄杏元,马劲松,汤勤.地理信息系统概论.北京:高等教育出版社,2001.

[3]梅安新,彭望碌,秦其明,刘慧平.遥感概论.北京:高等教育出版社,2001.

[4]胡友健,罗昀,曾云.全球定位系统(GPS)原理与应用.武汉:中国地质大学出版社,2003.