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[摘 要]矿山空间信息学（现代矿山测量科技）是地球空间信息学的一个分支和重要组成部分；它在现代矿山生产建设和管理，以及“数字矿山”建设中发挥着重要的不可或缺的作用：随着地球空间信息科学技术的不断进步，礦山测量专业的信息化、自动化、智能化操作和管理的发展，其作用将日益增强，提高了矿山测量数据的精确性、方便了日常测量工作的开展。
[关键词]煤矿 测量技术 研究分析
中图分类号：TD359.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0367-01
[Abstract] of coal mine measurement technology
Abstract： Mine Spatial Informatics is a branch of geo spatial information science and an important part of the modern； it in mine production and construction and management， plays an indispensable role in the construction of "digital mine"： with the development of geo spatial science and technology information， development of information technology， automation， intelligent operation and management of mine surveying， the effect will be increased.
[Key words] Analysis on the measurement technology of coal
一、传统测量技术
在矿山地面和井下各种测量工程中，电子经纬仪、电子速测仪（全站仪）、光电测距仪、水准仪和GPS接收机等仪器设备及相应的测量方法，仍是日常广泛使用的技术手段，相信在相当长的时期内仍然实用。
二、空间信息技术
空间信息技术主要包括全球定位系统、遥感和地理信息系统（GIS）和网络通信技术，它足构成当代高技术的一个重要组成部分。与传统的对地观测手段相比，它的优势在于：能够提供全球或大区域精确定位的高频度宏观影像，扩人了人类的视野，加深了对地球及其变化的了解：它在资源与环境问题研究中的作用重大而深刻。
遥感科技正在走向定量化、自动化与实用化。遥感观测技术向多传感器、多平台、多角度和三高（高分辨率、高光谱、高时相）的方向发展。1米及更高空问分辨率的多光谱遥感数据已商掐化。具有几十、上百个光谱段的高光谱遥感正在从航空向航天平台迈进，它能够监定矿物岩石的成分及土壤的物化性质。合成孔径雷达（SAR）图像处理与应用发展喜人。无地面控制遥感影像定位技术己成为国内外研究的热点之一。
GIS正在向地理信息科学或空间信息科学（SIS）的方向发展，并与计算机技术、通信技术相互借鉴、渗透和集成，将会成为一门独特的空间信息科学技术。
三、矿山地理信息系统与灰色地理信息系统
目前有多种国内外GIS软件系统在矿产资源勘察、开发利生产管理中发挥作用。但由地下矿产资源数据获取的不易性、不完整性、模糊性和数据的不确定性，矿山采掘空间的动态性，产生上覆岩层及地表形态、区域环境损害的后效性、复杂性，不同矿山和矿区地质采矿条什及地形地貌的差异性等特性，使得许多一般GIS软件在矿山不完全实用，用此研发适宜矿山特点和需求的矿山地理信息系统MGIS（Mine GIS）或称矿区资源环境信息系统（MREIS）十分必要。近10多年来，国内外的矿山测绘和地质采矿科技人员在MGIS的技术体系、基本理论、技术方法及实用软件开发方面做了大量的上作，取得了可喜的成果。但是在矿山的三维建模、数据处理、动态存储、体积计算和三维可视化表达的理论、模型和算法等方面仍有许多问题未很好解决。
四、惯性测量系统
在矿井下接收不到卫星导航定位系统的信号，使它在井下无用武之地。惯性测量系统（ISS）是一种自主式导航定位设备，利用它可同时获取多种大地测量数据（经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差），因此在大地测量、矿山测量、资源勘测、海洋开发和军事等领域都有重要作用。目前ISS的精度：定位测量为厘米级，垂线偏差为1”、重力异常为5mgal左右。
GPS/lSS组合系统可使两种系统的性能得到互补，消除一些不稳定因素的影响，提高三维定位和大地水准面测量的精度。
由德国WBK公司研制的惯性井筒测量系统（ISSM）可用于井筒或罐道变形的监测，其定位精度为0.01m/1000m，准直精度为0.01m/100m，方位角测量精度可达10”～30”。
五、数字近景摄影测量
进行露天矿坑、开采沉陷区及矸石山等的测量时，常规的测量方法（如全站仪+GPS）往往不适用，航空摄影测量或航空遥感在费用和精度要求上也往往不可取，而数字近景（地面）摄影测量则大有作为。
当今，高分辨率数字摄影机（可不低于7000×8000像素的分辨率）已实用化、商晶化，并且非量测摄影机比较流行。当使用带有座架的非量测像机获取测量对象（露天矿边邦、沉陷坑等）的数字影像对时，配合使用GPS和全站仪可方便地测量控制点、摄像机点位及像控点的三维坐标。在内业数据处时，可采用直接线性变换（DLT）算法，通过像控点的三维坐标来计算摄像机的内、外方位元素，再利用左右影像对上同名像点的影像平面坐标，计算出任一像点的实际地面三维坐标，进而生成测区的数字地面模型DTM等，解决矿山工程中的有关问题[12]。
六、激光扫描成像系统（LIDAR）
LIDAR是“Light Detection and Ranging”的缩写，称为激光扫描成像系统，或激光雷达系统，又称激光测图系统。它是将扫描激光测距仪、惯性测量系统（IMU）、GPS和数码成像仪相整合，集成安装在小型飞机/直升飞机或车辆上，实现对地表的测距扫描成像和处理，地形测图，快速生成DTM。它的基本工作原理是，利用GPS测定三维成像仪在空中的精确三维何置，利用IMU测定成像仪在空间的姿态参数，扫描激光测距仪用以测定成像仪到地面的距离，而数码扫描成像仪则同步获取地面的遥感图像。在数据后处理时，具有三维位置的激光像元点作为“控制点”来精确纠正遥感图像，进而生成地而的正射影像或DTM。
七、矿用特殊仪器设备
由于获取矿山地面、地层及井下空间信息，资源与环境信息的特殊性、复杂性，除了利用通用的测量仪器设备之外，往往还需要利用一些特殊的矿用仪器装备，例如：防爆型激光指向仪，陀螺经纬仪，防爆型光电测距仪和电子经纬仪，光电井巷断面仪，以及用于岩层或构筑物形变、位移量测量的应变仪、倾斜仪、伸长仪等。还需研发矿削GIS专业软件、矿山空间与资源数据处理及矿图编绘软件。
结论
采用高科技测量手段对矿区地面和地下的空间、资源和环境信息进行采集、存储、处理、显示、利用，将极大地提高资源勘探的效率，降低成本，减少人力物力，使矿区开采更加有效地进行。
参考文献
[1]高井祥.王家贵等.工程测量[M].北京：煤炭工业版社，2003.
[2]谢常君.三角高程测量及其新方法[J].测绘与空间地理信息，2007（4） .
[3]崔师宏.应用全站仪进行三角高程测量的新方法[J].新疆有色金属， 2007（3） .
[4]高井祥.张书毕等.测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.
[5]张国良.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，20001.
作者简介：王园地，宁夏大学，信息与计算科学专业在神宁集团石炭井焦煤分公司从事地测工作，助理工程师
[关键词]煤矿 测量技术 研究分析
中图分类号：TD359.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0367-01
[Abstract] of coal mine measurement technology
Abstract： Mine Spatial Informatics is a branch of geo spatial information science and an important part of the modern； it in mine production and construction and management， plays an indispensable role in the construction of "digital mine"： with the development of geo spatial science and technology information， development of information technology， automation， intelligent operation and management of mine surveying， the effect will be increased.
[Key words] Analysis on the measurement technology of coal
一、传统测量技术
在矿山地面和井下各种测量工程中，电子经纬仪、电子速测仪（全站仪）、光电测距仪、水准仪和GPS接收机等仪器设备及相应的测量方法，仍是日常广泛使用的技术手段，相信在相当长的时期内仍然实用。
二、空间信息技术
空间信息技术主要包括全球定位系统、遥感和地理信息系统（GIS）和网络通信技术，它足构成当代高技术的一个重要组成部分。与传统的对地观测手段相比，它的优势在于：能够提供全球或大区域精确定位的高频度宏观影像，扩人了人类的视野，加深了对地球及其变化的了解：它在资源与环境问题研究中的作用重大而深刻。
遥感科技正在走向定量化、自动化与实用化。遥感观测技术向多传感器、多平台、多角度和三高（高分辨率、高光谱、高时相）的方向发展。1米及更高空问分辨率的多光谱遥感数据已商掐化。具有几十、上百个光谱段的高光谱遥感正在从航空向航天平台迈进，它能够监定矿物岩石的成分及土壤的物化性质。合成孔径雷达（SAR）图像处理与应用发展喜人。无地面控制遥感影像定位技术己成为国内外研究的热点之一。
GIS正在向地理信息科学或空间信息科学（SIS）的方向发展，并与计算机技术、通信技术相互借鉴、渗透和集成，将会成为一门独特的空间信息科学技术。
三、矿山地理信息系统与灰色地理信息系统
目前有多种国内外GIS软件系统在矿产资源勘察、开发利生产管理中发挥作用。但由地下矿产资源数据获取的不易性、不完整性、模糊性和数据的不确定性，矿山采掘空间的动态性，产生上覆岩层及地表形态、区域环境损害的后效性、复杂性，不同矿山和矿区地质采矿条什及地形地貌的差异性等特性，使得许多一般GIS软件在矿山不完全实用，用此研发适宜矿山特点和需求的矿山地理信息系统MGIS（Mine GIS）或称矿区资源环境信息系统（MREIS）十分必要。近10多年来，国内外的矿山测绘和地质采矿科技人员在MGIS的技术体系、基本理论、技术方法及实用软件开发方面做了大量的上作，取得了可喜的成果。但是在矿山的三维建模、数据处理、动态存储、体积计算和三维可视化表达的理论、模型和算法等方面仍有许多问题未很好解决。
四、惯性测量系统
在矿井下接收不到卫星导航定位系统的信号，使它在井下无用武之地。惯性测量系统（ISS）是一种自主式导航定位设备，利用它可同时获取多种大地测量数据（经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差），因此在大地测量、矿山测量、资源勘测、海洋开发和军事等领域都有重要作用。目前ISS的精度：定位测量为厘米级，垂线偏差为1”、重力异常为5mgal左右。
GPS/lSS组合系统可使两种系统的性能得到互补，消除一些不稳定因素的影响，提高三维定位和大地水准面测量的精度。
由德国WBK公司研制的惯性井筒测量系统（ISSM）可用于井筒或罐道变形的监测，其定位精度为0.01m/1000m，准直精度为0.01m/100m，方位角测量精度可达10”～30”。
五、数字近景摄影测量
进行露天矿坑、开采沉陷区及矸石山等的测量时，常规的测量方法（如全站仪+GPS）往往不适用，航空摄影测量或航空遥感在费用和精度要求上也往往不可取，而数字近景（地面）摄影测量则大有作为。
当今，高分辨率数字摄影机（可不低于7000×8000像素的分辨率）已实用化、商晶化，并且非量测摄影机比较流行。当使用带有座架的非量测像机获取测量对象（露天矿边邦、沉陷坑等）的数字影像对时，配合使用GPS和全站仪可方便地测量控制点、摄像机点位及像控点的三维坐标。在内业数据处时，可采用直接线性变换（DLT）算法，通过像控点的三维坐标来计算摄像机的内、外方位元素，再利用左右影像对上同名像点的影像平面坐标，计算出任一像点的实际地面三维坐标，进而生成测区的数字地面模型DTM等，解决矿山工程中的有关问题[12]。
六、激光扫描成像系统（LIDAR）
LIDAR是“Light Detection and Ranging”的缩写，称为激光扫描成像系统，或激光雷达系统，又称激光测图系统。它是将扫描激光测距仪、惯性测量系统（IMU）、GPS和数码成像仪相整合，集成安装在小型飞机/直升飞机或车辆上，实现对地表的测距扫描成像和处理，地形测图，快速生成DTM。它的基本工作原理是，利用GPS测定三维成像仪在空中的精确三维何置，利用IMU测定成像仪在空间的姿态参数，扫描激光测距仪用以测定成像仪到地面的距离，而数码扫描成像仪则同步获取地面的遥感图像。在数据后处理时，具有三维位置的激光像元点作为“控制点”来精确纠正遥感图像，进而生成地而的正射影像或DTM。
七、矿用特殊仪器设备
由于获取矿山地面、地层及井下空间信息，资源与环境信息的特殊性、复杂性，除了利用通用的测量仪器设备之外，往往还需要利用一些特殊的矿用仪器装备，例如：防爆型激光指向仪，陀螺经纬仪，防爆型光电测距仪和电子经纬仪，光电井巷断面仪，以及用于岩层或构筑物形变、位移量测量的应变仪、倾斜仪、伸长仪等。还需研发矿削GIS专业软件、矿山空间与资源数据处理及矿图编绘软件。
结论
采用高科技测量手段对矿区地面和地下的空间、资源和环境信息进行采集、存储、处理、显示、利用，将极大地提高资源勘探的效率，降低成本，减少人力物力，使矿区开采更加有效地进行。
参考文献
[1]高井祥.王家贵等.工程测量[M].北京：煤炭工业版社，2003.
[2]谢常君.三角高程测量及其新方法[J].测绘与空间地理信息，2007（4） .
[3]崔师宏.应用全站仪进行三角高程测量的新方法[J].新疆有色金属， 2007（3） .
[4]高井祥.张书毕等.测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.
[5]张国良.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，20001.
作者简介：王园地，宁夏大学，信息与计算科学专业在神宁集团石炭井焦煤分公司从事地测工作，助理工程师