矿山空间信息技术 国家测绘地理信息局重点实验室 科技发展

矿山空间信息技术

国家测绘地理信息局重点实验室

科技发展2013年度综述

一、所属学科及研究领域发展概述

我国学者运用“3S”技术、数字近景摄影测量技术和探地雷达技术进行矿区地表形变及复垦土地、土壤的物理与生化特性演变监测研究，促进了这一研究领域的深入与拓展，创新性地研发了以GPS技术做矿区基准三维定位、高中分辨率卫星遥感图像、GIS技术方法为矿山空间数据存储及动态分析手段的煤矿区土地资源与生态环境损害的宏观(地貌景观和土地利用变化)综合监测和分析评价的综合技术。在面向矿山应用的遥感信息处理方面，人工神经网络、遗传算法、专家系统等得到了初步的应用,为信息处理水平的提升奠定了良好的基

础。为了解决矿山地面塌陷等无法接近目标三维坐标的测定问题，有关高校自行集成了高分辨率全数字地面摄影测量数据采集系统，并基于DLT算法开发了专用数据处理软件。

在数字矿山建设方面，煤炭行业广泛应用各种先进适用的信息技术，有效提升了生产效率和管理水平，数字化建设取得了一些喜人的成果，如神华集团神东公司的综合自动化采煤系统、开滦集团的企业信息化与电子矿图系统、枣庄柴里矿的生产与安全集中监测监控系统、伊敏露天矿的卡车调度系统等。潞安集团漳村煤矿综合自动化与信息管理数字化，在国内甚至国际上都处于领先地位。近几年一些非煤矿大型企业集团已经具备了相当高的信息化水平并取得了一定的成果，如首钢矿业公司的GIS．MES．ERP-OA集成系统，山东招金集团的三维地测采生产辅助决策系统等。

我国开采沉陷理论和实践研究出现了日新月异的发展。在岩体和地表开采沉陷的数值模拟上，许多学者利用不同的模型模拟，得到了一些非常有价值的成果。此外，还开发了许多适用于岩土工程数值计算的软件，如北京大学的NOLM和清华大学的TFINE系列程序，以及中科院武汉岩土所的JRNA系列程序等。这些都为矿区开采沉陷的计算拟合和定量预测莫定了理论基础。

二、国内外发展现状及趋势

在欧洲实施的MINEO工程,多个欧洲公司和研究单位已经着手利用最先进(高光谱)的地球观测技术评价、监测开矿活动对环境造成的影响。E.S.Kali等研究认为,运用高分辨率卫星数据IKONOS和

QuickBird与GPS以及野外计算机技术结合,为资源管理人员提供实时、可靠的局部地区尺度上的土地和水资源评估。

目前，矿业发达国家建设数字矿山的重点是实现远程遥控和自动化采矿。加拿大国际镍公司(Inco)开始研究遥控采矿技术，目标是实现整个采矿过程的遥控操作。美国已成功开发出大范围采矿调度系统，采用计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统(GPS)技术进行露天矿生产的计算机实时控制与管理，并已成功使露天矿近乎实现无人采矿。加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山，通过卫星操控矿山的所有设备，实现机械破碎和自动采矿。目前世界上一些矿业发达国家已经开发出了许多数字矿山建设方面的软件，并且已经在许多矿山得到了成功应用。

矿山开采沉陷方面，新的数值计算方法，如不连续变形分析法和流形元法等的出现，给岩层移动计算带来新的契机。西方发达国家利用信息技术开发了一批适用于矿山的应用软件，可用于矿山设计和绘制工程图、三维开采模拟等。

矿区生态环境恢复治理作为生态建设和环境保护的重要内容，在国际上备受重视。美国、德国、加拿大、澳大利亚、巴西和西班牙等国家都制定了专门计划。美国矿山企业用于环境治理的费用占企业总投资的10％～12％，加拿大将5％～20％的基本投资用于新建矿山的环境恢复和土地复垦。澳大利亚实施露天采矿与复垦工程同步，废弃物处置与土地复垦纳入生产工艺流程，大规模开展各类矿山废弃物治

理研究。

三、国内外发展状况比较

1.矿山遥感监测方面，在利用遥感技术进行资源调查、环境调查和灾害监测等较多的成功经验。目前虽然取得了一定的进展,与国外对比还存在很多问题,主要表现在以下几个方面：1）对多源遥感信息重视不够；2）针对不同的卫星遥感数据的解译技术方法的研究尚不系统、完善；3）研究矿山环境缺乏系统性,没有充分考虑矿山环境的特殊性,即综合性、空间性、动态性、后效性、不确定性。

2.数字矿山方面，取得了可喜的成绩，部分研究成果与国外处于相当水平，存在以下几个方面的差距：1）重视程度不够，资金和技术的投入不够；2）不同单位数字矿山建设的水平差异很大；3）科研成果与矿山的实际生产结合不够；4）专业平台系统的建设有待提高。

3.矿区开采沉陷领域，与国外基本上处于同步发展水平。我国在今后很长一段时间仍将把采矿作为重要产业，开采沉陷越来越引起各级部门的重视。随着新的沉陷形变监测技术如D-InSAR、GPS-RTK、测量机器人、三维激光扫描等在开采沉陷研究中的探索应用，开采沉陷理论研究也必将将取得新的突破。

四、展望与建议

今后实验室将继续加强以下三个方面的研究：

1.地理矿情监测关键技术

综合利用全球卫星导航定位技术（GNSS）、航空航天遥感技术（RS）、

地理信息系统技术（GIS）等现代测绘技术，综合各时期已有测绘成果档案，从地理的角度分析、研究和描述矿情即以矿区表层自然、生物和人文现象的空间变化和它们之间的相互关系、特征等为基本内容，对构成矿山物质基础的各种条件因素做出宏观性、整体性、综合性的调查、分析和描述，为矿区可持续发展提供决策依据。

2.数字矿山传感网络构建关键技术

研究传感网络构建关键技术，构建矿山传感网络，形成集中统一的架构体系，实现矿山实体基础设施与地理信息基础设施融合建设目标；发展射频识别装置、红外感应器、定位系统、激光扫描器等传感器与互联网一体化监控集成系统，提供更智慧的管理方式和更智慧的洞察能力。

3.矿山典型地质灾害与环境动态监测方法

选择典型矿山开展地质环境的动态监测工作，利用机载LiDAR/地面移动或固定激光扫描仪等先进设备，采用遥感解译、实地调查、污染监控、GPS监测等手段，研究矿产资源勘探、开发和闭坑活动的不同阶段矿山地质环境问题的类型、危害及变化规律、形成机理，为科学预测和保护矿山地质环境提供理论依据。