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
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(Global positioning systems，GPS)、遥感技术(Remote sensing，RS)和地理信息系统(Geography information systems，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。

1.1 GPS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。

1.2 RS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。

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