浅析现代测绘仪器技术在矿山测量中的应用

刘承键
摘要：随着我国经济的快速发展，计算机应用、卫星技术、电子技术也跟随着发展，我国测绘仪器也发挥了巨大的作用，相关的技术手段也有了很大的提高，形成了现在测绘仪器及测绘技术的新体系，本文主要针对现代测绘仪器技术及其在矿山测量中的应用进行分析讨论。
关键词：测绘技术；矿山测量
Abstract: along with the rapid economic development of our country, computer application, satellite technology, electronic technology has followed the development, our country surveying and mapping instruments also played a huge role, and the related technical means also had the very big enhancement, formed the surveying and mapping instruments and surveying and mapping technology now the new system, this article mainly aims at the modern surveying and mapping instruments in technology and its application to the measurement of the mine was analyzed.
Key words: surveying and mapping technology; Mine survey

中图分类号：TD17    文献标识码：A     文章编号：

1前言
随着电子技术和激光技术的发展，光电结合型的测绘仪器(如测距仪、全站仪、陀螺仪)对传统的测绘仪器方法产生了深刻的影响。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，为此矿山测量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，拓宽矿山测量的生存空间和业务范围，促进矿山测量的改进和发展，适应市场经济体制和矿山体制改革的需要。

2 现代测绘仪器、技术及其在矿山测量中的应用
2．1 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、应用前途广泛的仪器。智能化的全站仪是集光、电、磁、机的最新科学成果，集测距、测角为一体的先进仪器。国际上先进的全站仪均以存储卡、内部存储器或电子手簿的方式记录数据，具有双路传输的通讯功能，能接收外部计算机的指令、由计算机输入数据，也能向外部计算机输出数据。目前国际上较先进的全站仪有 FI本索佳 SET030系列、10k系列全站仪，瑞士 Leica公司生产的TCR402全站仪等，我国目前有南方测绘仪器公司生产的KTS-440系列、KTS-550系列、智能型全站仪 NTS-662系列全站仪等。
    全站仪由于兼具有经纬仪和测距仪的优点，且以数字形式提供测量成果，操作简便、性能稳定、数据可通过电子手簿与计算机进行通讯等优点，使其在矿山测量中得到了广泛的应用。地面控制测量、地形测量、工程测量、井下测量均可用全站仪进行。
    以全站仪为代表的智能化、数字化仪器是矿山测量仪器今后的发展方向之一。基于全站仪和现代计算机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。此外，全站仪在矿山地表移动监测、矿区土地复垦工程实施、矿区施工等方面也都得到应用，既提高了效益，加快了速度，又保证了精度。
2．1．1 前方测角交会
   以某开发矿业有限公司矿60万 t／a选矿厂工程为实例，来说明全站仪结合南方CASS成图系统在工程测量中的应用，使用的是瑞士 Leica公司生产的TCR402全站仪。

圈 1 前方测角交会法求P点坐标
如图1所示，A、为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、两点已观测了角度口和 b。
    利用南方CASS成图系统，根据A、两点坐标在桌面上绘制出A、两个点，连接 AB点得到 AB线段，然后分别以A点和点为基点旋转口，b角(从图1中可直观地分辩方向)。使用ID命令选择交点P，就可以得出P点坐标了。如果图形有检校条件，可以进行坐标差的计算。如果在近似平差的情况下能满足需要，则可以在图形上进行平均计算并作出标记。
2．1．2 前方距离交会
如图2所示，A、为已知坐标的控制点，P为待求点，在A、两点已分别利用全站仪测量了距离S和 Sb。

图2 前方距离交会测P点坐标
    同样可以利用南方CASS成图系统，根据A、两点坐标绘制出A、两个点，连接AB点得到AB线段，然后分别以A点和点为圆心，以S。和 S 为半径作圆，则得到P点和P点 (对照现场的方位情况从图上可直观地分辩出P为所求点)。使用 ID命令选择交点 P，就可以得出P点坐标了。在实际工作过程中，通常会将前方测角交会与前方距离交会进行组合应用。
2．2 空间信息技术及其在矿山测量中的应用
2．2．1 空间信息简介
    空间信息技术的核心和主体是“3s”技术，即遥感(Remote Sensing：RS)、全球定位系统(Global Po—sition—inn System GPS)、地理信息系统 (GrographieInforma—tion System：GIS)。
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速度快、成本低、精度高，是一种应用极为广泛的测图方法。航天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。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用。
南方CASS成图系统在矿山测量中的应用主要是取代传统的地面测绘工作。如利用南方CASS成图系统进行矿区地表移动监测、水文观测孔高程监测、矿区控制网建立或复测、改造等。随着 GPS接收机性能价格比的不断上升，已成为现代矿山测量的一项重要支撑技术。
    应用于矿区的地理信息系统称为矿区资料源环境信息系统(MRIES)。MREIS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系统。矿山测量工作是建立 MRRIS的前提性工作，而建立 MRRIS则是矿山测录发展的必然趋势。因此，南方CASS成图系统首先应用于矿山测量，建立矿山测量信息系统，然后以此为基础，建立矿区资源环境信息系统。
2．2．2 矿山南方CASS成图系统的建立
    建立矿山南方CASS成图系统的目的，主要是建立高精度施工控制网，以便利用这些网点的坐标直接得到并能达到施工所需要的精度要求。在处理南方CASS成图系统各种数据过程中，首先在 WGS-84坐标系中进行三维无约束平差，保证了南方CASS成图系统差分的相对定位精度。而且在各种坐标转换中，没有涉及到由 wGS 4坐标转换为我国参心坐标系的问题，因此，不会受到“转换参数”求定误差的影响。另外该网也没有与国家平面控制网联测，所以，也不会受到地面控制网测量误差的影响，仍然保持原来南方CASS成图系统差分相对定位的高精度。因此，用这种方法所建立的独立坐标系工程平面控制网，经过一系列的数据处理和坐标转换，是能达到贯通测量和各种施工测量精度要求的。
   空间信息技术是矿山测量的技术支撑和保证，以“3s”技术和其他测量仪器技术的有机结合，根据现场具体情况，对该网作以下设计：
    (1)矿山测量主要是解决井下贯通和井下各种施工问题。所以网的布设必须以井(坑)口为主进行布设，以便向井下传递坐标。
    (2)根据国家测绘局 1992年颁发的全球定位系统(GPS)测量规范以及矿山测量规范有关精度，确定该网为 D级，定位的方式为相对静态定位，网形结构为边连式。
2．2．3 惯性测量系统及其在矿山测量中的应用
惯性测量系统(Inertial Surveying System：ISS) 是一种导航定位技术，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的自动化和全能提供了另一种新的技术手段。它是利用惯性导航的原理，以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。ISS可分为两大类：平台式系统和捷联式系统，ISS在测绘领域的主要应用目标包括：①控制测量，如对已有控制点的检核、加密、航测控制等；②管线监测、定位、地壳形变、地表沉陷观测；③井下定位，各种工程和建筑测量；④地震、重力测量，地球物理研究；⑤井筒和罐道梁的垂直性监测等。GPS／ISS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CPS与ISS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。
    ISS在我国矿山测量中应用的工作尚未深入开展，以GPS+ISS组合系统应用于矿山测量则是较有发展前途的一项技术。
2．2．4 其他测绘新仪器新技术的应用
其他的现代测绘仪器如激光指向仪、陀螺经纬仪、数字式水准仪及相关的测绘技术等都在矿山测量中得到了应用，并以这些仪器技术为基础，形成了许多矿山测量的专用仪器，作为矿山测量应用的现代仪器和技术。
3.结束语
    矿山测量作为一门交叉性学科，其发展和进步与采矿技术和矿业工程的发展、测量科学技术与仪器设备的发展、其它学科如数理科学、计算机科学等的发展密切相关。现代测绘科学技术的发展，必然会促进矿山测量的进一步发展。