芻議現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在有色金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

劉海玲，邱玉霞

(日照市國(guó)土資源局，山東日照276826)

芻議現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在有色金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

劉海玲，邱玉霞

(日照市國(guó)土資源局，山東日照276826)

有色金屬礦山在開采過程中，會(huì)損及周遭植被地貌和自然生態(tài)，造成塌陷、滑坡等災(zāi)害，危機(jī)員工生命財(cái)產(chǎn)安全，因此有必要對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害展開預(yù)測(cè)，而現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的運(yùn)用，能有效提升災(zāi)害預(yù)測(cè)的效率，實(shí)現(xiàn)危害預(yù)警，為解決和預(yù)防策略的制定提供數(shù)據(jù)支持。首先對(duì)有色金屬礦山災(zāi)害的特點(diǎn)和原因展開分析，而后探討了礦山測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與不足，進(jìn)而分別例舉“GPS”技術(shù)、攝影測(cè)繪技術(shù)以及“GIS”技術(shù)在災(zāi)害預(yù)警方面的運(yùn)用，為相關(guān)領(lǐng)域工作人員提供參照借鑒。

測(cè)繪技術(shù);礦山地質(zhì)災(zāi)害;有色金屬

1 礦山的地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)與測(cè)繪技術(shù)分析

礦山地質(zhì)災(zāi)害，一般指因礦山開發(fā)而導(dǎo)致周邊地貌和植被受損、地表結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而引發(fā)的危及人類活動(dòng)的現(xiàn)象。災(zāi)害類型可分為如下幾種:a泥石流和水土流失，這是礦山災(zāi)害中最常見的一種，通常是由于周邊植被受損所導(dǎo)致的;b泥石流滑坡，此類災(zāi)害一般是因工程施工所堆砌的排土場(chǎng)所導(dǎo)致;c地表塌陷或地表冒頂，此類災(zāi)害通常因?yàn)榈叵碌V產(chǎn)過度開發(fā)而沒有及時(shí)填充，進(jìn)而形成地表下空洞所導(dǎo)致的;d尾礦壩坍塌，坍塌原因是用來攔截尾礦庫(kù)的壩體承載不足所致;此外，還有其他災(zāi)害類型，例如錐站，是因廢棄物沒有及時(shí)清理而導(dǎo)致的［1-2］。對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和控制，首要的是提升勘探測(cè)繪能力，建立完善的預(yù)防機(jī)制，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)手段，進(jìn)而針對(duì)問題原因，制定完善的解決對(duì)策，如穩(wěn)定礦邊坡、復(fù)墾周邊土地、及時(shí)填充空洞等。

2 礦山測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和展望

2．1礦山測(cè)繪技術(shù)現(xiàn)狀分析

按照當(dāng)前有色金屬礦山災(zāi)害預(yù)防對(duì)測(cè)繪技術(shù)所提出的要求和測(cè)繪技術(shù)自身的發(fā)展趨勢(shì)來看，高精度、實(shí)時(shí)性和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析處理是發(fā)揮測(cè)繪技術(shù)作用、取得災(zāi)害預(yù)防治理效果的關(guān)鍵，然而受限于各種客觀條件，致使目前許多有色金屬礦山測(cè)繪在儀器設(shè)備完善度、測(cè)量方法的先進(jìn)性以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)等方面存在問題，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:a缺乏全站儀等現(xiàn)進(jìn)設(shè)備，以光學(xué)儀器進(jìn)行幾何式測(cè)量，難以保障精度;b缺少先進(jìn)的測(cè)量方法，以極坐標(biāo)法或交匯法作為主要測(cè)量手段，難以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);c缺少先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理手段，以手工計(jì)算或半自動(dòng)計(jì)算為主，造成檢測(cè)結(jié)果延時(shí)。也正是由于上述現(xiàn)象削弱金屬礦山測(cè)繪的效果。為了準(zhǔn)確獲知采礦對(duì)周遭植被、地貌的影響，及早發(fā)現(xiàn)災(zāi)害征兆，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控防護(hù)，為礦山規(guī)劃和治理提供數(shù)據(jù)支持，所以有必要更新測(cè)繪技術(shù)，推動(dòng)設(shè)備儀器升級(jí)、更新測(cè)量方法、改進(jìn)數(shù)據(jù)處理手段，進(jìn)而提升測(cè)繪預(yù)測(cè)監(jiān)控效果，強(qiáng)化有色金屬礦山災(zāi)害預(yù)防手段。

2．2礦山測(cè)繪技術(shù)的具體應(yīng)用

改進(jìn)礦山測(cè)繪中所存在的問題、提升礦山災(zāi)害預(yù)警能力，可通過綜合運(yùn)用GPS定位測(cè)繪技術(shù)、攝影測(cè)繪技術(shù)以及GIS技術(shù)等測(cè)繪手段實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，上述測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，下面就分別對(duì)這些技術(shù)在礦山測(cè)繪中的具體應(yīng)用展開分析。

1)GPS定位測(cè)繪

GPS定位是通過一定數(shù)量的衛(wèi)星在不同角度和位置向同一點(diǎn)位發(fā)送測(cè)距信號(hào)，并通過接收機(jī)處理導(dǎo)航電文進(jìn)而對(duì)測(cè)量點(diǎn)位的具體數(shù)據(jù)信息作出解算。具有測(cè)量精度高、信號(hào)實(shí)時(shí)傳送、全天候無間斷測(cè)量、準(zhǔn)確定位不需通視的特點(diǎn)，在礦山測(cè)繪中能發(fā)揮重要作用［3］。從新世紀(jì)初，美國(guó)調(diào)整“SA”干擾以來，GPS技術(shù)迅速發(fā)展，在有色金屬礦山的測(cè)繪中，可實(shí)現(xiàn)滑坡、沉陷、尾礦坍塌等災(zāi)害的預(yù)警與測(cè)算，而對(duì)其中變形緩慢的滑坡、陷落等災(zāi)害的預(yù)測(cè)更有優(yōu)勢(shì)，其測(cè)算精度在1～5 mm之間。但GPS測(cè)繪容易受到植被影響，所以對(duì)地表地貌變化的測(cè)算缺乏靈活性。此外，GPS技術(shù)在進(jìn)行整體區(qū)劃測(cè)繪時(shí)，所需調(diào)用的函數(shù)十分復(fù)雜，容易產(chǎn)生誤差，是其在礦山測(cè)繪領(lǐng)域的劣勢(shì)所在。以邊坡滑落的監(jiān)控為例，GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置方法及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1GPS邊坡測(cè)繪系統(tǒng)示意

圖1中系統(tǒng)采取1～2 h星歷的資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行地質(zhì)信息解算，獲取時(shí)限內(nèi)邊坡位移數(shù)據(jù)并透過CAD軟件成圖，交由專業(yè)人員根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析邊坡穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性、高精度的監(jiān)測(cè)。

當(dāng)前GPS測(cè)繪可選模式有連續(xù)監(jiān)測(cè)和間隔性復(fù)測(cè)，前者能消除天線誤差，達(dá)到亞毫米測(cè)量精度，如前所舉例，但成本較高;后者經(jīng)濟(jì)性好，但精度和自動(dòng)化程度稍差，可采取其他輔助性數(shù)據(jù)處理技術(shù)和設(shè)備改善測(cè)繪效果。在使用GPS測(cè)繪時(shí)需要注意其高程測(cè)量誤差和電磁干擾，按照工程標(biāo)準(zhǔn)，GPS礦山測(cè)繪須在5顆衛(wèi)星以上，及150(°)高角的前提下進(jìn)行測(cè)繪，且測(cè)站須隔離電磁信號(hào)干擾。

2)攝影測(cè)繪技術(shù)

攝影測(cè)繪可獲取礦山內(nèi)實(shí)時(shí)三維空間信息，實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)量，具有高靈活性、高效率以及多樣性測(cè)繪的特點(diǎn)，同時(shí)測(cè)繪成本相較于GPS更低，在礦山災(zāi)害防治領(lǐng)域應(yīng)用前景更為廣泛［4］。而通過航空測(cè)繪能進(jìn)行大面積、區(qū)域性分析，對(duì)地表沉陷、邊坡滑動(dòng)能做到有效監(jiān)測(cè)，無視植被和電磁信號(hào)的干擾，作業(yè)效率更高，常規(guī)航空攝影原理圖見圖2。

圖2常規(guī)航空攝影測(cè)繪原理

而針對(duì)具體點(diǎn)位的近景測(cè)量，則能在短時(shí)期內(nèi)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多重?cái)z影，提供更多數(shù)據(jù)信息以供處理。

攝影測(cè)繪在應(yīng)用中，需要注意以下幾點(diǎn):a是系統(tǒng)誤差，包括底片變形、鏡頭畸變，須采取專業(yè)設(shè)備消除誤差、提升精度;b是分析被測(cè)點(diǎn)位的光照狀況，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)做出糾偏性調(diào)整;c是攝影方式的選擇，須結(jié)合具體測(cè)繪需求和成本預(yù)算加以考量。而為了提升測(cè)繪效果，還可以綜合運(yùn)用GPS技術(shù)和攝影測(cè)繪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位攝影測(cè)量，進(jìn)一步改善測(cè)量精準(zhǔn)度并提升測(cè)繪效率，如當(dāng)前市面上已經(jīng)出現(xiàn)的JX-4A測(cè)量系統(tǒng)、DEM(4D)攝影技術(shù)，就是通過結(jié)合GPS技術(shù)與攝影測(cè)繪而成的。

3)GIS測(cè)繪技術(shù)

GIS是一種空間測(cè)繪系統(tǒng)，基于特定地形圖和內(nèi)部所存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)信息，對(duì)空間原貌進(jìn)行數(shù)字化模擬，進(jìn)而獲得點(diǎn)位分布數(shù)據(jù)的一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)。可起到輔助決策、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的作用，內(nèi)部集成數(shù)據(jù)分析模塊，可通過數(shù)據(jù)信息采集，存儲(chǔ)大量的圖像、數(shù)據(jù)、聲音以及視頻文件，并對(duì)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪處理。可以說，該技術(shù)是計(jì)算機(jī)工程、地理測(cè)繪等諸多學(xué)科的高端集成，其交叉性和前沿性顯著，所做出的決策輔助對(duì)礦山測(cè)繪和災(zāi)害預(yù)警有著極為重要的意義。其系統(tǒng)管理有方法庫(kù)、模型庫(kù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)3大部分組成，其中數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)和調(diào)用采集信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)檢索、存儲(chǔ)、維護(hù)和處理的一體化，結(jié)合具體的測(cè)繪目標(biāo)，進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和調(diào)用;模型庫(kù)用于集成計(jì)算模型，可根據(jù)具體測(cè)繪計(jì)劃調(diào)用并補(bǔ)充宏模型，提升測(cè)繪效率;方法庫(kù)中存儲(chǔ)著所有用于測(cè)繪的具體方法，如路徑算法、分類及排序的算法等。而OLAP挖掘以及GIS分析等模塊則共同構(gòu)成了決策輔助系統(tǒng)，用于對(duì)模型分析結(jié)果進(jìn)行邏輯推演，分析災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害。其各功能原理見圖3。

圖3基于GIS測(cè)繪的有色金屬礦山災(zāi)害防護(hù)輔助性決策系統(tǒng)

有色金屬礦山災(zāi)害的發(fā)生的誘因可通過GIS輔助分析，從而評(píng)估災(zāi)情、預(yù)測(cè)災(zāi)難強(qiáng)度和后續(xù)影響，在礦山災(zāi)害預(yù)防中發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)語

綜上，隨著礦山資源的不斷開采，地質(zhì)災(zāi)害問題也變得越來越復(fù)雜、越來越嚴(yán)重，對(duì)測(cè)繪預(yù)警技術(shù)的要求也不斷提高，當(dāng)前礦山地質(zhì)測(cè)繪在設(shè)備儀器、測(cè)繪方法和數(shù)據(jù)分析處理上還有待進(jìn)一步提高，而GPS測(cè)繪可通過衛(wèi)星定位，實(shí)現(xiàn)不間斷監(jiān)控，GIS測(cè)繪可結(jié)合采集數(shù)據(jù)結(jié)果為災(zāi)害預(yù)警提供輔助性決策，而攝影測(cè)繪則能通過實(shí)時(shí)影像提供最直觀的參考資料，在具體測(cè)繪過程中，綜合以上手段，能在最大程度上降低災(zāi)害的危害，保障財(cái)產(chǎn)和生命安全。

［1］陳姝含．淺談現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在地質(zhì)工作的應(yīng)用［J］．黑龍江科技信息，2013(16):102－102．

［2］郭偉偉．淺析地質(zhì)測(cè)繪的影像定位技術(shù)應(yīng)用［J］．新疆有色金屬，2011，34(S2):20－21．

［3］葉爾蘭別克．探析測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展及其在礦山測(cè)量中的應(yīng)用［J］．新疆有色金屬，2010，33(z2):37－38．

［4］王超．現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用［J］．黑龍江科技信息，2010(36):51－51．

Application of Modern Surveying and Mapping Technology in Geological Hazards of Nonferrous Metal Mines

LIU Hailing，QIU Yuxia
(Rizhao City Bureau of Land and Resources，Rizhao，Shandong 276826，China)

Nonferrous metal mines in the mining process will be damaged and the surrounding vegetation landscape and natural ecology．It results in the collapse，including landslides and other disasters，crisis members in life and property safety．It is necessary to carry out prediction of mine geological disasters．The application of modern surveying and mapping technology can effectively increase the efficiency of the implementation of disaster prediction and hazard warning to support strategy．Firstly，the characteristics and reasons of nonferrous metal mine disasters are analyzed，and then we discusses the status and shortcomings of mine surveying and mapping technology．At last，we use examples of"GPS"technology，photogrammetry technology and"GIS"technology in disaster warning to provide reference reference for staff in related fields．

Surveying and mapping technology;Mine geological hazard;Nonferrous metals

P618．4

B

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．055

2017－01－11

劉海玲(1973－)，女，山東日照市人，高級(jí)工程師，研究方向:土地、礦產(chǎn)、測(cè)繪，手機(jī):13563301812，E-mail: rzgtchk@163．com．