煤礦工程測量中測繪新技術的應用分析

張淑美

山東能源集團臨沂礦業集團田莊煤礦，山東濟寧272103

摘要 隨著科學技術的發展以及我國煤礦工程的需要，越來越多的測繪新技術被應用到了煤礦工程測量中。本文著重分析了GPS（全球定位系統）、GIS（地理信息系統）、RS（遙感技術）、全站儀、ISS(慣性測量系統)、三維激光掃描測繪新技術的優點及功能，目的在于促進煤礦工程測量的高產、高效和可持續發展。

關鍵詞 煤礦工程；測量；測繪新技術

中圖分類號TD17 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0090-02

由于煤礦工程的復雜性、未知性，測繪技術在煤礦的勘測、開發、生產過程中均發揮著重要的作用。對煤礦工程測量中測繪技術的科學運用，可以實現礦區立體全方位的探測，對礦產質量和體積以及土地資源的利用情況均可進行有效地數據采集和顯示，為安全科學的進行煤礦生產以及保護土地資源提供保障。

隨著科學技術的發展以及煤礦生產的需要，越來越多的測繪新技術應用到了煤礦工程測量中，本文著重介紹了GPS（全球定位系統）、GIS（地理信息系統）、RS（遙感技術）、全站儀、ISS(慣性測量系統)、三維激光掃描幾種較為常見的測繪新技術的應用。

1 GPS技術應用分析

1.1 GPS技術簡介

GPS（Global Positioning System）也稱為全球定位系統，是美國于1994年斥資200億元建成，不僅具有導航的功能，而且還廣泛應用于地質工程測量、土地測量、航空攝影等等，其特點是自動化、全天候、精度高，易攜帶等。這些特點也促使GPS在煤礦工程測量中得到廣泛的應用。

1.2 GPS相比于傳統技術的優點

相比于傳統測量技術，GPS具有以下優點：

1）可建立三維坐標系。傳統的的測量技術把大地測量與高程測量分開，并且采用不同的測量方法，但是GPS通過建立三維坐標系，可同時進行大地測量和高程測量，并且其測量精度可以達到四等水準；

2）觀測時間較短。以GPS基準站為圓心的15km范圍內可進行測量，并且每個流動站的觀測時間僅需要幾秒鐘的時間；

3）定位精確度高。在400m~1000m的精密工程定位實踐中，同時進行GPS和電磁波測距儀測定邊長，GPS與電磁波測距儀的邊長偏差不超過0.5mm；

4）操作便捷。隨著新技術的應用，GPS的操作越來越簡單，達到傻瓜化的程度；

5）全天候作業。傳統測量技術往往受制與天氣的影響，但是GPS系統可以24小時在任何氣象條件下進行作業。它不會受制于黑夜、刮風下雨、下霧下雪等天氣，且測量精度也不會受影響。

1.3 GPS技術在煤礦工程測量中的應用

1）劃分礦區范圍，建立控制網絡；

2）對于礦區場地地面沉降進行測定；

3）大型建筑物或者井下巷道的彎曲變形測定；

4）對于礦區邊坡穩定性進行全方位檢測；

5）對全礦區的礦車進行實時定位監測及調度。

2 GIS技術應用分析

2.1 GIS技術簡介

GIS（Geographic Information System）又稱為地理信息系統，它可以將空間信息進行分析、處理，然后輸出顯示，可以實時進行圖像繪制和數據的更正，無論在政府還是科研單位都得到了廣泛的應用。

2.2 GIS技術在煤礦工程測量中的應用

隨著地質模擬技術的發展，三維地學模擬已經成為地質與信息科學的學術前沿與熱點。當然該技術也可以應用到煤礦工程測量中，通過建立三維的煤礦區，對礦區的各個部分結構及大小形狀準確描繪出來，在進行具體的測繪工作時，就可以調用該模擬系統進行數據的獲取與修正，為測量工作提供保證。

3 RS技術應用分析

3.1 RS技術簡介

RS（Remote Sensing）又稱為遙感技術，是通過衛星上的攝像設備對地面的圖像進行高分辨率的拍攝，然后把清晰的圖片傳送到地面供人們使用。遙感技術得到快速普及的原因是可以實現大面積同步觀測，并且具有經濟性和時效性的優勢，多光譜航空攝影和高分辨率的遙感衛星將成為對地觀測獲取基礎地理信息的重要手段。遙感技術不僅可以運用于科學研究，而且在煤礦工程測量中也會得到很好的應用。

3.2 RS技術在煤礦工程測量中的應用

1）對礦山周邊環境進行監測；

2）煤的污染范圍及程度；

3）分析礦區地表的沉降情況和程度；

4）與GIS技術相結合監測礦區周圍土地的利用情況，為煤礦有序開采及土地合理利用提供最有效的保障方法。

4 全站儀應用分析

4.1 全站儀在煤礦工程測量中的應用

1）距離測量。全站儀相對于傳統井下導線測量可以大幅度提高精度，而且操作簡單，另外在距離測量時，全站儀可以修正溫度、氣壓的影響，因為光的傳播速度受溫度和氣壓的變化而變化，全站儀可以自動計算出大氣偏差值，并對數據結果進行修正；

2）角度測量。煤礦工程測量中的角度測量是重要的一環，測量角度的準確度決定著最弱邊和最弱角的誤差大小。全站儀的角度測量極其簡捷，只需依次選準第一個目標和第二個目標，在儀器的顯示屏上就可以顯示該角的大小；

3）坐標測量。坐標測量的步驟是先安置好儀器，然后選擇坐標模式，輸入參數，然后找準后視點，繼續轉動照準部，找到站點上所設的標志，按下測量鍵就可以求出站點的三維坐標；

4）放樣測量。在某些情況下，井下需要進行放樣測量，例如安裝比較重要的設備，對設備的重心及軸線都具有一定的要求。全站儀可以預先設置程序，對放樣進行測量；

5）定向測量。井下巷道的挖掘以及巷道的貫通，方向控制是尤為重要的，因此全站儀可以派上用場，進行定向測量，全站儀主要是通過對巷道的中心及腰線進行標定來定向。全站儀相對于傳統經緯儀的定向步驟簡略，而且精確度高。

4.2 井下使用全站儀的注意事項

1）全站儀在進行光電測量距離時，應該提前檢查反光鏡常數是否與反光鏡匹配，因為不同反光鏡其常數也不同；

2）采用導線測量時，盡量不要使用自動存儲功能，因為對于“后前前后”的觀測方法很多儀器是不兼容的，只能使用“后后前前”或者半測回觀測方法，但是這兩種方法均存在一定的不足，因此對于數據的記錄方面最好是手工記錄。

5 ISS應用分析

5.1 ISS技術簡介

ISS(Inertial Surveying System),又稱為慣性測量系統。慣性測量系統其實是一種不同于GPS的導航定位技術，它的優點是自動化、全天候、機動靈活，由于GPS受衛星信號的限制，慣性測量系統可以隨時隨地進行工程測量，為煤礦工程測量提供個一種新的技術手段。它利用慣性導航的原理，可以同時諸如經緯度、距離、高程、重力感應、垂線偏差及方位角等數據。

5.2 ISS在煤礦工程測量中的應用

慣性測量系統一共分為平臺式系統和捷聯式系統，在煤礦工程測量中應用在以下幾個方面：

1）地震測量與預防；

2）地表變形或沉陷；

3）管道偏移監測；

4）控制測量，檢測已有控制點，或航測控制并加密控制點；

5）與GPS組合形成高精度的定位系統。該系統可以建立準確的三維坐標系及大地水準面，形成模型系統，并對數據進行快速處理，其優勢在于互補了GPS與ISS的缺陷，在實際測量中定位和導航的精度均明顯提高。

6 三維激光掃描技術應用分析

6.1 三維激光掃描技術簡介

該裝置的是由高分辨率攝像機、全球定位系統、三維激光掃描儀、可升降操作平臺以及計算機組成。三維激光掃描儀采集的數據可以和標準坐標系結合在一起，形成直觀的矢量圖，并能以不同的文件格式通過計算機輸出。

6.2 三維激光掃描技術相比于傳統技術的優點

1）操作簡便，高效率，低費用；

2）空間定位更加精準；

3）可以實時的獲取三維圖像及數據；

4）圖像的質量很高，且數據很詳細；

5）速度極快的掃描及采集數據，可以有效的減少回轉次數；

6）三維數據采集齊全，可以對實景細節進行描述；

7）高質量的圖片能較好的顯示地質結構的細節及紋理特征。

6.3 三維激光掃描技術在煤礦工程測量中的應用

三維激光掃描技術在煤礦工程測量中主要應用于以下幾個方面：

1）礦區邊坡系數及穩定性檢測；

2）對井筒斷面進行測量；

3）巷道斷面測量；

4）建筑物剖面測量；

5）地面井架的安裝變形測量；

6）土地面積及土地利用率的測量；

7）橋梁、公路、河道、鐵路、構筑物等地基的測繪工作。

7 結論

本文總結了GPS、RS、全站儀等測繪新技術在煤礦工程測量中的應用，為煤礦測量以及煤礦生產提供了科學的依據。但是，雖然各種測繪新技術在煤礦工程中得到了不同程度的發展，但是煤礦工程的復雜性決定著現階段僅有的技術還不能滿足科研和生產的需要，例如超聲波在巖石中的傳播特性還需要深入的研究，對于各類巖石的測量方法還不足。另外，對于井下安全保障預警體系的建設還需要投入大量的研究。因此，煤礦測量工作是一項艱巨且持久的任務，需要科學研究人員以及煤礦測量人員的共同努力來完成，為煤礦安全生產提供可靠保證。

參考文獻

[1]黃谷根，肖紅華.測繪新技術在礦山測量中的應用與發展.礦業快報，2007：11-12．

[2]王振生.探析全站儀在煤礦測量中的應用[J].科技資訊，2010(13)：95-96．

[3]魏祥平，任志強.全站儀在井下測量中的應用[J].江西煤炭科技，2008(2)：18-19．

[4]喬德廣.測繪新技術在煤礦測量中的應用[J].科協論壇，2009(8)：29-30．