康皎成：芦北矿两井贯通测量方案设计与精度估算
3.3.1 转变观念、不断创新
为了完善和发展矿山空间信息学的科技体系，需要不断创新，揭示和研究学科的新概念、新范畴、新规律、新理论和新技术，为此应该：
(1)加强矿山测量的多元性、系统性和综合性，注意使数据的获取与分析处理向多元动态及系统、综合发展，尽快使数据、资料的存储和提供方(模)式向数字化、信息化、标准化和网络化的方向发展。数据源的类型不仅是矿山地面和井下的几何空间信息，还包括矿产和土地等资源属性信息，矿区环境生态变化的时空信息等。
(2)高新技术与传统技术相结合。当今，各种地球空间信息技术、计算机技术发展迅速，智能型测绘仪器实用化、商品化很快，应注意跟踪、使用。但由于地区、企业发展不平衡，各矿山具体情况不同，传统技术装备、研究方法和技术规章的更新换代应是一个逐步过程。
3.3.2 主要技术方法
(1)常规测量技术。在矿山地面和井下各种测量工程中，电子经纬仪、电子速测仪(全站仪)、光电测距仪、水准仪和GPS接收机等仪器设备及相应的测量方法，仍是日常广泛使用的技术手段，相信在相当长的时期内仍然实用。
(2)空间信息技术。目前，空间信息技术主要包括全球定位系统、遥感和地理信息系统(GIS)和网络通信技术，它足构成当代高技术的一个重要组成部分。与传统的对地观测手段相比，它的优势在于：能够提供全球或大区域精确定位的高频度宏观影像，扩人了人类的视野，加深了对地球及其变化的了解：它在资源与环境问题研究中的作用重大而深刻。
未来几年中，GPS和GLONASS两个卫星导航定位系统的技术水平、精度和抗干扰能力将会大幅度提高。有中国参与的欧洲Galileo卫星导航定位系统2005年已进入实质建设阶段，将丁2011年前后建成，其精度和性能将人人优于目前的GPS系统，从而打破美国GPS在全球的垄断局面。
遥感科技正在走向定量化、自动化与实用化。遥感观测技术向多传感器、多平台、多角度和三高(高分辨率、高光谱、高时相)的方向发展。1米及更高空问分辨率的多光谱遥感数据已商掐化。具有几十、上百个光谱段的高光谱遥感正在从航空向航天平台迈进，它能够监定矿物岩石的成分及土壤的物化性质。合成孔径雷达(SAR)图像处理与应用发展喜人。无地面控制遥感影像定位技术己成为国内外研究的热点之一。
GIS正在向地理信息科学或空间信息科学(SIS)的方向发展，并与计算机技术、通信技
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术相互借鉴、渗透和集成，将会成为一门独特的空间信息科学技术。
(3)矿山地理信息系统与灰色地理信息系统。目前有多种国内外GIS软件系统在矿产资源勘察、开发利生产管理中发挥作用。但由地下矿产资源数据获取的不易性、不完整性、模糊性和数据的不确定性，矿山采掘空间的动态性，产生上覆岩层及地表形态、区域环境损害的后效性、复杂性，不同矿山和矿区地质采矿条什及地形地貌的差异性等特性，使得许多一般GIS软件在矿山不完全实用，用此研发适宜矿山特点和需求的矿山地理信息系统MGIS(Mine GIS)或称矿区资源环境信息系统(MREIS)十分必要。近10多年来，国内外的矿山测绘和地质采矿科技人员在MGIS的技术体系、基本理论、技术方法及实用软件开发方面做了大量的上作，取得了可喜的成果。但是在矿山的三维建模、数据处理、动态存储、体积计算和三维可视化表达的理论、模型和算法等方面仍有许多问题未很好解决。
此外，在更广泛的科学与工程领域，包括问体及油气矿藏的勘探和开采、矿区土地利用和保护、景观环境变迁等的GIS和遥感应用中，末被认知和急待解决的问题则更多。传统GIS对于上述具有灰色特征空间数据的处理、存储和分析显得过于简单，因而往往力不从心。于是，我国的学者提出了灰色地理信息系统GGIS(Gray GIS)的概念。即认为GGIS是指对客观世界中实际存在的但并不完全已知的各类空间数据及其特性属性，在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示、动态修正和综合分析应用的技术系统。在这方面己做了大量的研究，取得了成效。
(4)惯性测量系统。在矿井下接收不到卫星导航定位系统的信号，使它在井下无用武之地。惯性测量系统(ISS)是一种自主式导航定位设备，利用它可同时获取多种大地测量数据(经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差)，因此在大地测量、矿山测量、资源勘测、海洋开发和军事等领域都有重要作用。目前ISS的精度：定位测量为厘米级，垂线偏差为1”、重力异常为5mgal左右。
GPS/lSS组合系统可使两种系统的性能得到互补，消除一些不稳定因素的影响，提高三维定位和大地水准面测量的精度。
由德国WBK公司研制的惯性井筒测量系统(ISSM)可用于井筒或罐道变形的监测，其定位精度为0．01m／1000m，准直精度为0．01m／100m，方位角测量精度可达10”～30”。
(5)数字近景摄影测量。进行露天矿坑、开采沉陷区及矸石山等的测量时，常规的测量方法(如全站仪+GPS)往往不适用，航空摄影测量或航空遥感在费用和精度要求上也往往不可取，而数字近景(地面)摄影测量则大有作为。
当今，高分辨率数字摄影机(可不低于7000×8000像素的分辨率)已实用化、商晶化，
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并且非量测摄影机比较流行。当使用带有座架的非量测像机获取测量对象(露天矿边邦、沉陷坑等)的数字影像对时，配合使用GPS和全站仪可方便地测量控制点、摄像机点位及像控点的三维坐标。在内业数据处时，可采用直接线性变换(DLT)算法，通过像控点的三维坐标来计算摄像机的内、外方位元素，再利用左右影像对上同名像点的影像平面坐标，计算出任一像点的实际地面三维坐标，进而生成测区的数字地面模型DTM等，解决矿山工程中的有关问题[12]。
(6)激光扫描成像系统(LIDAR)。LIDAR是“Light Detection and Ranging”的缩写，称为激光扫描成像系统，或激光雷达系统，又称激光测图系统。它是将扫描激光测距仪、惯性测量系统(IMU)、GPS和数码成像仪相整合，集成安装在小型飞机／直升飞机或车辆上，实现对地表的测距扫描成像和处理，地形测图，快速生成DTM。它的基本工作原理是，利用GPS测定三维成像仪在空中的精确三维何置，利用IMU测定成像仪在空间的姿态参数，扫描激光测距仪用以测定成像仪到地面的距离，而数码扫描成像仪则同步获取地面的遥感图像。在数据后处理时，具有三维位置的激光像元点作为“控制点”来精确纠正遥感图像 ，进而生成地而的正射影像或DTM[7]。
此外，一些用于地面和地下空间断面测量及三维建模的激光扫描仪器也已商业化，例如德国Callidus公司生产的Gmb H型和瑞士Leica Geosystems公司生产的Cyrax 2500型激光扫描仪等。这类仪器不需要反射器，采川脉冲测距的方式按极坐标原理对测龉目标进行扫描测量，类似于数字摄影测量法，可获得目标物的点云(Cloud ofPoints)数据。将点云测量数据输入数据处理系统后，可生成测量目标的断面图、等值线图及3维模型。这种技术设备可在地面建筑物形态测量、地下硐室测量和巷(隧)道形状变化的监测中发挥独特功用[11]。
(7)矿用特殊仪器设备。由于获取矿山地面、地层及井下空间信息，资源与环境信息的特殊性、复杂性，除了利用通用的测量仪器设备之外，往往还需要利用一些特殊的矿用仪器装备，例如：防爆型激光指向仪，陀螺经纬仪，防爆型光电测距仪和电子经纬仪，光电井巷断面仪，以及用于岩层或构筑物形变、位移量测量的应变仪、倾斜仪、伸长仪等。还需研发矿削GIS专业软件、矿山空间与资源数据处理及矿图编绘软件[4]。
3．4 “矿山空间信息学”与“数字矿山”
自从美国前副总统A．Gore(戈尔)丁．1998年1月提出“数字地球”的概念以来，国内外的相关讨论和研究十分广泛，并且不断深入。在中国，有关数字地球、数字中国、数
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字城市及其相关技术的研讨十分热烈，各界人员发表和出版了数以百计的论著。
基此，我国矿业界也提出 “数字矿山”的概念和研建问题，并就“数字矿山”的定义、内涵、研究目标、相关学科、基础支撑技术和发展战略等进行了研讨，发表了一些论文，对数字矿山建设起了积极推动作用。综而观之，由于各位学者的专业背景、切入点和定位目标不尽相同，有的侧重借鉴数字地球、数字城市的定义，把矿山作为一个特殊的空间地理区域来理解，有的侧重从矿山工程和生产过程的数字化、信息化来界定，等等，因此目前在“数字矿山”的定义、基本概念的认识上还不太一致，有广义和窄义、侧重点不同之别，但是在如下几个基本点上具有一致的看法[10]：
(1)“数字矿山”是一个目标、发展方向，而不是一项具体的工程或研究项目，它是一个复杂而巨大的系统工程和技术体系，需要较长时期的逐步建设和完善。
(2)“数字矿山”是一个多学科群体，涉及诸多交叉学科领域，需要矿山企业内外协同攻关。矿山空间信息学(科技)在其中起着构筑矿山空间与资源信息基础架构的功用[9]。
(3)“数字矿山”建设应以需求牵引，结合国情和矿山实际。当前，应以矿山安全生产的监控，实现矿区资源的综合、协凋、绿色开发开采、规划及服务为重点目标。
综上所述可见：矿山空间信息学(现代矿山测量科技)是地球空间信息学的一个分支和重要组成部分；它在现代矿山生产建设和管理，以及“数字矿山”建设中发挥着重要的不可或缺的作用：随着地球空间信息科学技术的不断进步，矿山信息化、自动化、智能化生产和管理的发展，其作用将日益增强。
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4 现代矿山测量(矿山空间信息学)面临的新形势和新任务
4.1 矿山安全生产要求矿山测量发挥更大作用
近年来，诸多国家特别是发展中国家矿难比较突出。在中国，煤矿事故频发，就近几年来说，一次死亡10人以上的人事故2001年～2004年共有188起，平均7．4天l起，2005年发生67起，平均5．4天1起，2006年百万吨死亡率为2．04l，共死亡4746人。矿山生产事故多发的原因是多方面、多层次的，包括矿山基础性工作薄弱、规章制度不键全、监管不力、官商勾结和地方保护主义等。但是作为矿山生产“眼睛”的矿山测绘工作被忽视，一些地方矿山根本没有专业的矿山测量和矿井地质人员，使得反映矿山生产空间动态特征及事故隐患的采掘工程图件资料等不完整或缺失，也是重要因素。无疑，矿山测量科学技术能够在矿山的安全生产、防灾减灾中发挥重要作用[5]。
4.2 加强矿产、土地资源监管和环境修复给矿山测量提供了施展才能的更多空间
建设资源节约型、环境友好型社会己为我们的国策。努力提高矿产资源的采出率、提高资源利用率、保护生态环境都己有法可依。但因缺乏切实有效的经济、行政和技术监管措施，我国的资源浪费、环境污染破坏问题仍十分严重。为实现矿产资源的高效开采、提高回采率，必须强化监督管理。为此可借鉴俄罗斯、德国和东欧等国家的经验，授予矿山测量师和矿山地质师对矿山的资源开采进行指导和监督的职责。同时，矿区土地复垦与环境修复已成为矿山测量的职责之一，这就要求拥有更多业务与思想素质优良的矿山测量科技人员。
4.3 制订或修订各种矿山测量规程(范)是当务之急
在我国，许多矿山测量范畴的规程、规范，如《(煤)矿山测量规程》、《矿山测量图图例》、《开采沉陷观测规科》、《三量(开拓矿量、准备矿量和回采矿量)划分和计算方法规定》等大都是上个世纪70．80年代制(修)订的。改革开放近30年来我国的社会经济体制发生了重大变革，矿山测量的技术手段和科学水平己今非昔比，上述规程、规定已严重落后，己不适应我国矿山生产和社会发展的现实情况，急需修订或重订。同时，为保证安全生产，保护环境，还必须制定一些新的法规[6]。
4.4 发展矿山测量职业教育，培养专门人才
在我国，信息时代的矿山测量教育是一个薄弱环节。我们认为，在普通大学本科中可
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