RTK+CASS技術(shù)在露天開采礦山修復(fù)治理中的應(yīng)用：以曹村鎮(zhèn)大溝西村廢棄石料廠為例

高 山，孫 冉

（1.安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊，安徽 宿州 234000；2.安徽地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蕪湖 241000）

中國露天開采礦山數(shù)量眾多，點多面廣。有的礦山開采對山體和自然景觀破壞嚴(yán)重，如大量建筑石材露天開采，造成森林植被破壞，基巖裸露，使得昔日青山綠地成為荒山禿嶺，尤其是在交通干線和城市周邊的露天礦山開采，產(chǎn)生了許多負(fù)面影響[1]。曹村鎮(zhèn)大溝西村廢棄石料廠位于宿州市埇橋區(qū)曹村鎮(zhèn)西南約5.5 km處，為露天開采礦山，開采礦種為泥質(zhì)白云巖，采礦遺留2個采坑，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了較大破壞。治理區(qū)存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患，且對地形地貌景觀、土地資源影響嚴(yán)重。因此對礦山進(jìn)行生態(tài)環(huán)境修復(fù)勢在必行。與傳統(tǒng)測量方式相比，RTK測量技術(shù)具備如下優(yōu)勢：免棱鏡，獨立完成測點任務(wù)；不受天氣和溫度的影響；全天候，速度快，一個點只需要幾秒鐘；數(shù)據(jù)處理簡單等，可極大地節(jié)省人力物力[2]。

1 RTK工作內(nèi)容

GPS實時動態(tài)測量簡稱RTK，在該礦山的實際測量中，使用的是南方接收機(jī)，包括1臺架設(shè)在已知點的GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，2臺接收機(jī)作為移動站。設(shè)備入場前，首先收集礦區(qū)控制點資料（坐標(biāo)、高程、等級、中央子午線、坐標(biāo)系、控制網(wǎng)類型等），建立平面控制網(wǎng)。當(dāng)前，已有的幾個基準(zhǔn)點及校核點位置均視野比較開闊且周圍無衛(wèi)星信號的大面積遮擋，經(jīng)數(shù)次測試，搜星情況良好，滿足工程要求。然后設(shè)置基準(zhǔn)站，啟動電臺；開啟移動站并設(shè)置工程名稱、文件名稱、參數(shù)等；連接完成后到另外一已知點進(jìn)行校核；校核滿足精度要求后方可開始RTK數(shù)據(jù)的采集工作[3]。測量數(shù)據(jù)必須在每次測量結(jié)束后及時運(yùn)用南方Cass處理完成。

2 RTK技術(shù)在礦上地質(zhì)修復(fù)中的優(yōu)勢及應(yīng)用

在已經(jīng)被破壞的礦山地形地勢下，高質(zhì)量的RTK一次設(shè)站測區(qū)可以覆蓋全礦山，每個放樣點只需要停留2 s，就可以完成作業(yè)[4]，具有精度高、連續(xù)性強(qiáng)、誤差不積累、作業(yè)效率高、操作簡便、對作業(yè)條件要求相對簡單、數(shù)據(jù)采集及處理能力強(qiáng)、作業(yè)組織形式靈活等特點。RTK技術(shù)還具有全天候作業(yè)、RTK作業(yè)自動化、集成化程度高、可勝任各種測繪外業(yè)的優(yōu)勢。流動站配備高效手持操作手簿，內(nèi)置專業(yè)軟件可自動實現(xiàn)多種測繪功能，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

2.1 礦區(qū)大比例尺地形圖的測繪

相對于傳統(tǒng)的方式測圖（建立控制網(wǎng)、碎步點測量、繪制大比例尺地形圖）工作量大、速度慢、作業(yè)周期長且需要的人員數(shù)量大等缺點，RTK測量技術(shù)在（1+2）模式下僅需2人操作移動站即可完成測量任務(wù)，在采集中僅需短暫停留即可自動獲取三維坐標(biāo)并存儲其相應(yīng)信息，省時省力，結(jié)合南方CASS軟件自動成圖，大大提高了作業(yè)的效率及成圖的質(zhì)量。

2.2 計算土方量及工區(qū)工作量匯總

由于現(xiàn)場工作量大，RTK優(yōu)勢集中體現(xiàn)在各碎步點的采集均為獨立觀測，累計誤差小，采集信息速度快。傳統(tǒng)測量與RTK測量技術(shù)的比較如表1所示[5]。

表1 傳統(tǒng)測量與RTK測量技術(shù)的比較

3 案例分析

3.1 工程概況

治理區(qū)位于宿州市埇橋區(qū)曹村鎮(zhèn)大溝西村西850m，為露天開采礦山，開采礦種為泥質(zhì)白云巖，2004年12月建礦，于2007年12月關(guān)閉。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，治理區(qū)因開采形成2個宕口，挖損區(qū)面積約0.48 hm2，最大邊坡高度約為19 m，最大坡度約80°。治理區(qū)存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患，且對地形地貌景觀、土地資源影響嚴(yán)重。

3.2 治理任務(wù)

對治理區(qū)廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀開展詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，包括資料收集、地形測繪、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等。調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境問題的類型、規(guī)模、危害程度及其主要影響因素，分析采場邊坡的穩(wěn)定性，并根據(jù)邊坡安全情況，確定科學(xué)合理的施工方法。采取挖方、填方、復(fù)綠和截、排水等有效的工程措施，對治理區(qū)進(jìn)行治理，治理面積約為0.48hm2（治理區(qū)面積0.84hm2）。

3.3 土方測量及計算方法結(jié)果分析

測量儀器及監(jiān)測周期。項目采用南方GPS（1+2）接收機(jī)儀器，包含基準(zhǔn)站1臺、移動站2臺、手簿2個、機(jī)架等若干。

南方CASS軟件計算土方量。通過對工程的要求進(jìn)行分析，在本工程中采用南方CASS軟件DTM法土方計算。DTM法計算土方是根據(jù)實地測定的地面點坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計高程，通過生成三角網(wǎng)來計算每一個三棱錐的填挖方量，最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方邊界線。

DTM法土方計算共有3種方法：依據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計算、依照圖上高程點進(jìn)行計算、依照圖上的三角網(wǎng)進(jìn)行計算[6]。前2種算法包含重新建立三角網(wǎng)的過程，第三種方法直接采用圖上已有的三角形，不再重建三角網(wǎng)。

本文采用的是兩期土方計算法，即對同一區(qū)域進(jìn)行了兩期測量，利用2次觀測得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加，計算出兩期之中的區(qū)域內(nèi)土方的變化情況。兩期土方計算之間，先對該區(qū)域分別進(jìn)行建模，即生成DTM模型，并將生成的DTM模型保存起來。然后點取“工程應(yīng)用—DTM法土方計算—計算兩期土方量”命令。一期、二期三角網(wǎng)模型如圖1和圖2所示。

圖1 第一期三角網(wǎng)模型

圖2 第二期三角網(wǎng)模型

利用兩期土方計算，得到計算結(jié)果如圖3所示。如圖3所示，計算結(jié)果包括此區(qū)域的土方量實際情況、挖方和填方狀況，其中總挖方為483.0 m3，總填方為7 022.8 m3，同期工作量統(tǒng)計為6 500 m3，對比分析誤差為39.8 m3，統(tǒng)計工作量與實測接近。考慮到統(tǒng)計誤差的存在，實測數(shù)據(jù)及計算結(jié)果滿足工程使用情況。

4 結(jié)論

RTK測量技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)測量的應(yīng)用，不僅可降低測量成本，還可彌補(bǔ)傳統(tǒng)測量技術(shù)存在的不足，從而提升整體測量質(zhì)量。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，RTK測量技術(shù)不斷完善，其在礦山項目中也將發(fā)揮出更強(qiáng)大的作用。

基于CASS環(huán)境下的DTM 數(shù)字模型輔助計算模塊在多項工程，尤其在復(fù)雜山區(qū)和地形植被較多的地區(qū)應(yīng)用時，可以綜合運(yùn)用多種數(shù)據(jù)采集的方法，通過多項工程的使用和驗證，取得很好的效果。使用DTM數(shù)字化模塊測量計算工程量，自動化程度高、速度快、精度高、適用面廣，有廣泛的應(yīng)用前景。