３Ｓ技术在露天煤矿可持续发展中的应用

摘要：利用3S技术对煤矿勘探、测量、环境数据采集、环境监测与治理，介绍了进行环境动态监测的应用。

关键词：3S技术GPS系统遥感全球定位系统地理信息系统

中图分类号：TD1　文献标识码：B　文章编号：1673-1069(2008)10-0000-00

引言

露天煤炭，作为煤炭资源的重要组成部分，为我国经济的高速发展做出了巨大贡献，但是，露天煤炭资源开采也存在许多问题。总体上，我国露天煤炭企业管理粗放，技术装备落后，劳动生产率低，科技水平和发达国家相比还存在较大差距，一些重大、特大事故屡有发生，露天矿区资源环境安全状态恶化，“四矿”问题突出。近年来，随信息技术，特别是“3S(全球定位系统、遥感、地理信息系统，即GPS、RS and GIS)技术为核心的空间信息技术的快速发展和不断成熟，已为解决传统露天矿山生产管理难题和保证煤炭工业可持续发展提供了技术支持和保障，可以预见，以3S技术为核心的应用研究将在未来的矿山生产中有着广阔的应用前景。

1　应用于煤矿勘探测量

空间信息技术的核心和主体是“3S”技术。遥感，包括卫星遥感和航空遥感：航空遥感作为地形图测绘的重要手段已在实践中得到广泛应用；卫星遥感，用于测图也正在研究之中并已取得一些重要成果，基于遥感资料建立数字地面模型(DTM)进而应用于测绘工作已获得了较多应用。

GPS作为一项引起传统测绘观念重大变革的技术，已成为大地测量的主要技术手段，也是最具潜力的全能型技术，在矿山测量、控制测量、工程测量、环境监测、防罗之减灾以及交通运输工具的导航方面发挥着重要作用。由于GPS不仅具有全天候、高精度和高度灵活性优点，而且与传统的测量技术相比，无严格的控制测量等级之分，不必考虑测点间通视，不需造标，不存在误差积累，可同时进行三维定位等，在外业测量模式、误差来源和数据处理方面是对传统测绘观念的革命性转变。

地理信息系统，作为对空间地理分布有关数据的采集、处理、管理、分析的计算机技术系统，其发展和应用对测绘科学的发展意义重大，是现代测绘技术的重大技术支撑。以“3S”一体化或集成为主导的空间信息技术体系已逐渐成为测绘学或地球信息学新的技术体系和工作模式，其先进性、时效性明显。以空间信息技术为技术支撑，现代测绘仪器、技术正处于快速的发展中。遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间，并积累了丰富经验。对于航空遥感来说，航空遥感资料可作为矿区地形图测绘的资料源，通过象片校正、目视判读、野外调绘等工作，完成地形图的测绘。较传统的测图方法，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。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。所有这些都说明，遥感技术是矿山测量实现其现代目标的重要保证。GPS技术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GPS技术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，其应用于矿山测量工作的地面部分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，即矿区地理信息系统，或称矿区资料源环境信息系统(MREIS)，已成为矿山测量的重要发展方向。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(MREIS)的前提性工作，而建立MREIS)则是矿山测量发展的必然趋势。因此，GPS在矿区应用，首先就是应用于矿山测量以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。空间信息技术是矿山测量实现其现代目标的重要技术支障和保证，以“3S”技术和其他测量仪器技术有机结合为基础的矿区资料环境信息系统，就是空间信息技术在矿山测量中应用的综合性成果。

2　应用于煤矿环境监测与治理，

环境问题，在实现煤炭工业可持续发展中占有重要位置。由于煤炭资源的开采和利用造成了对区域大气、植被、水体、土地等生态环境要素的破坏和污染，形成一种立体式、循环的负面影响机制。矿区环境监测与治理，将整个煤矿生态环境系统作为一个有机整体，注重发挥信息流在其中的调控作用，对矿区环境进行综合、动态、全面的监测、分析和评价，为矿区环境治理和保护提供技术支持。

2.1　煤矿环境数据信息的采集“3S”技术可用于采集宏观的、区域的乃至全球的动态综合环境信息，将其与常规的环境信息采集手段相结合，就可实现综合、系统的环境信息采集。遥感是采集环境信息的主要技术手段。根据卫星遥感影像，经过图像处理，可以获取矿区生态环境变化的基本数据和图像资料，获得大气污染状况、矿区地表沉陷、土壤污染、破坏和盐渍化进程、水土流失状况，植被破坏与生态环境演变恶化状况、地下及地表水体的污染等方面的数据和信息。GIS数据采集模块可将用常规方法观测得到的环境数据输入环境信息数据库，与遥感环境信息进行复合和叠加，实现煤矿多源环境信息的统一管理。

2.2　用于矿山环境分析评价GIS系统具有数据采集、编辑、矢量栅格数据变换、图形操作、属性管理、空间内插分析、缓冲区分析、空间叠置分析、聚类分析、图形与文字输出等一系列强大的功能模块，可以方便用于煤矿环境的分析和评价。其评价方法：一直直接利用用GIS的功能模块进行分析评价并输出结果；二是根据采用的评价数学模型建立具有评价能的空间分析模型，并将GIS与相应的空间分析模型相结合。

2.3　用于环境动态监测遥感信息是进行煤矿环境动态监测的基本信息源，GIS具有强大的空间分析和数据处理功能。充分利用GIS的功能模块，结合特定的空间监测分析模型对环境信息进行处理，找出矿山环境变迁的动态规律，可以实现对环境信息的动态综合监测，包括大气污染、水体污染、生态环境、环境灾害、土地破坏及塌陷的监测等。

2.4　用于矿山环境模拟与预测GIS是进行煤矿环境演变模拟和预测的有力工具。在GIS功能模块基础上，进行必要的开发和完善，建立能动态显示环境变化规律的模型，并通过一定的参数对环境的发展趋势作出预测。

3　建立露天矿区资源与环境信息系统

矿区资源环境信息系统(MREIS)，也称矿山地理信息系统。MREIS能对露天煤矿生产与管理各方面的信息进行采集、管理、处理、分析、显示和应用，以提供生产指导、规划决策支持。矿区资源环境信息系统具有公共的地理定位基础、标准化和数字化、多维结构等特点，是多学科集成的空间型信息系统。其基本功能包括：(1)数据信息输入、编辑存储：(2)数据处理与操作运算；(3)数据查询、检索；(4)空间分析与专业应用；(5)数据显示与结果输出；(6)数据更新与系统维护。

随着以“3S”技术为主体和核心的地球空间信息科学的发展，露天煤矿应建立基于“3S”技术集成应用的MREIS。具体的模式和方法是：以GIS为信息处理中心和主控平台，以遥感、GPS技术和其它信息获取技术为手段，获取在煤炭开采和矿山生产中各领域、各专题的信息，建立多源、多尺度信息统一管理的GIS数据库。在各种先进技术的辅助下，通过GIS的功能模块与环境分析模型的结合对信息进行综合分析、管理、处理和应用，实现对区域露天煤炭工业发展相关问题的管理和决策支持。

黑岱沟露天矿是全国乃至世界最大的露天矿之一，设计年产1200万t，拥有美国产的154大型卡车54辆，395B电铲10台。应用GPS定位系统建立了完善的调度系统，事故率下降了42％，油耗降低了8.2％，效率明显提高。2007年产量达到了2000万t。目前，在建的哈尔乌素露天矿设备更加先进，卡车为326系列，电铲是495H型，设计测量应用了3S技术，节约成本达3％，取得了很大成功。

4　小结

露天煤炭工业，因其特殊性而在可持续发展过程中呈现出明显的行业特征，集中体现在煤炭资源开采和利用方面存在的资源浪费、环境污染。这也是煤炭工业可持续发展的核心问题。实施露天煤炭工业可持续发展，必须充分利用先进的现代科学技术。“3S”技术及由此发展而成的地理空间信息科学(Geomatics)技术，由于其突出的优越性而在可持续发展中发挥着重要作用，尤其对露天煤炭工业来说，“3S”技术在解决资源与环境方面存在的问题、进行宏观、全方位的信息调控具有重要作用。