高 山,孫 冉
(1.安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì),安徽 宿州 234000;2.安徽地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院,安徽 蕪湖 241000)
中國(guó)露天開采礦山數(shù)量眾多,點(diǎn)多面廣。有的礦山開采對(duì)山體和自然景觀破壞嚴(yán)重,如大量建筑石材露天開采,造成森林植被破壞,基巖裸露,使得昔日青山綠地成為荒山禿嶺,尤其是在交通干線和城市周邊的露天礦山開采,產(chǎn)生了許多負(fù)面影響[1]。曹村鎮(zhèn)大溝西村廢棄石料廠位于宿州市埇橋區(qū)曹村鎮(zhèn)西南約5.5 km處,為露天開采礦山,開采礦種為泥質(zhì)白云巖,采礦遺留2個(gè)采坑,對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了較大破壞。治理區(qū)存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患,且對(duì)地形地貌景觀、土地資源影響嚴(yán)重。因此對(duì)礦山進(jìn)行生態(tài)環(huán)境修復(fù)勢(shì)在必行。與傳統(tǒng)測(cè)量方式相比,RTK測(cè)量技術(shù)具備如下優(yōu)勢(shì):免棱鏡,獨(dú)立完成測(cè)點(diǎn)任務(wù);不受天氣和溫度的影響;全天候,速度快,一個(gè)點(diǎn)只需要幾秒鐘;數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單等,可極大地節(jié)省人力物力[2]。
GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量簡(jiǎn)稱RTK,在該礦山的實(shí)際測(cè)量中,使用的是南方接收機(jī),包括1臺(tái)架設(shè)在已知點(diǎn)的GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站,2臺(tái)接收機(jī)作為移動(dòng)站。設(shè)備入場(chǎng)前,首先收集礦區(qū)控制點(diǎn)資料(坐標(biāo)、高程、等級(jí)、中央子午線、坐標(biāo)系、控制網(wǎng)類型等),建立平面控制網(wǎng)。當(dāng)前,已有的幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)及校核點(diǎn)位置均視野比較開闊且周圍無衛(wèi)星信號(hào)的大面積遮擋,經(jīng)數(shù)次測(cè)試,搜星情況良好,滿足工程要求。然后設(shè)置基準(zhǔn)站,啟動(dòng)電臺(tái);開啟移動(dòng)站并設(shè)置工程名稱、文件名稱、參數(shù)等;連接完成后到另外一已知點(diǎn)進(jìn)行校核;校核滿足精度要求后方可開始RTK數(shù)據(jù)的采集工作[3]。測(cè)量數(shù)據(jù)必須在每次測(cè)量結(jié)束后及時(shí)運(yùn)用南方Cass處理完成。
在已經(jīng)被破壞的礦山地形地勢(shì)下,高質(zhì)量的RTK一次設(shè)站測(cè)區(qū)可以覆蓋全礦山,每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留2 s,就可以完成作業(yè)[4],具有精度高、連續(xù)性強(qiáng)、誤差不積累、作業(yè)效率高、操作簡(jiǎn)便、對(duì)作業(yè)條件要求相對(duì)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)采集及處理能力強(qiáng)、作業(yè)組織形式靈活等特點(diǎn)。RTK技術(shù)還具有全天候作業(yè)、RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高、可勝任各種測(cè)繪外業(yè)的優(yōu)勢(shì)。流動(dòng)站配備高效手持操作手簿,內(nèi)置專業(yè)軟件可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能,減少人為誤差,保證了作業(yè)精度。
相對(duì)于傳統(tǒng)的方式測(cè)圖(建立控制網(wǎng)、碎步點(diǎn)測(cè)量、繪制大比例尺地形圖)工作量大、速度慢、作業(yè)周期長(zhǎng)且需要的人員數(shù)量大等缺點(diǎn),RTK測(cè)量技術(shù)在(1+2)模式下僅需2人操作移動(dòng)站即可完成測(cè)量任務(wù),在采集中僅需短暫停留即可自動(dòng)獲取三維坐標(biāo)并存儲(chǔ)其相應(yīng)信息,省時(shí)省力,結(jié)合南方CASS軟件自動(dòng)成圖,大大提高了作業(yè)的效率及成圖的質(zhì)量。
由于現(xiàn)場(chǎng)工作量大,RTK優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在各碎步點(diǎn)的采集均為獨(dú)立觀測(cè),累計(jì)誤差小,采集信息速度快。傳統(tǒng)測(cè)量與RTK測(cè)量技術(shù)的比較如表1所示[5]。
表1 傳統(tǒng)測(cè)量與RTK測(cè)量技術(shù)的比較
治理區(qū)位于宿州市埇橋區(qū)曹村鎮(zhèn)大溝西村西850m,為露天開采礦山,開采礦種為泥質(zhì)白云巖,2004年12月建礦,于2007年12月關(guān)閉。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,治理區(qū)因開采形成2個(gè)宕口,挖損區(qū)面積約0.48 hm2,最大邊坡高度約為19 m,最大坡度約80°。治理區(qū)存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患,且對(duì)地形地貌景觀、土地資源影響嚴(yán)重。
對(duì)治理區(qū)廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀開展詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查,包括資料收集、地形測(cè)繪、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等。調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境問題的類型、規(guī)模、危害程度及其主要影響因素,分析采場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性,并根據(jù)邊坡安全情況,確定科學(xué)合理的施工方法。采取挖方、填方、復(fù)綠和截、排水等有效的工程措施,對(duì)治理區(qū)進(jìn)行治理,治理面積約為0.48hm2(治理區(qū)面積0.84hm2)。
測(cè)量?jī)x器及監(jiān)測(cè)周期。項(xiàng)目采用南方GPS(1+2)接收機(jī)儀器,包含基準(zhǔn)站1臺(tái)、移動(dòng)站2臺(tái)、手簿2個(gè)、機(jī)架等若干。
南方CASS軟件計(jì)算土方量。通過對(duì)工程的要求進(jìn)行分析,在本工程中采用南方CASS軟件DTM法土方計(jì)算。DTM法計(jì)算土方是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y,Z)和設(shè)計(jì)高程,通過生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量,最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量,并繪出填挖方邊界線。
DTM法土方計(jì)算共有3種方法:依據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算、依照?qǐng)D上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算、依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算[6]。前2種算法包含重新建立三角網(wǎng)的過程,第三種方法直接采用圖上已有的三角形,不再重建三角網(wǎng)。
本文采用的是兩期土方計(jì)算法,即對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行了兩期測(cè)量,利用2次觀測(cè)得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加,計(jì)算出兩期之中的區(qū)域內(nèi)土方的變化情況。兩期土方計(jì)算之間,先對(duì)該區(qū)域分別進(jìn)行建模,即生成DTM模型,并將生成的DTM模型保存起來。然后點(diǎn)取“工程應(yīng)用—DTM法土方計(jì)算—計(jì)算兩期土方量”命令。一期、二期三角網(wǎng)模型如圖1和圖2所示。
圖1 第一期三角網(wǎng)模型
圖2 第二期三角網(wǎng)模型
利用兩期土方計(jì)算,得到計(jì)算結(jié)果如圖3所示。如圖3所示,計(jì)算結(jié)果包括此區(qū)域的土方量實(shí)際情況、挖方和填方狀況,其中總挖方為483.0 m3,總填方為7 022.8 m3,同期工作量統(tǒng)計(jì)為6 500 m3,對(duì)比分析誤差為39.8 m3,統(tǒng)計(jì)工作量與實(shí)測(cè)接近。考慮到統(tǒng)計(jì)誤差的存在,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果滿足工程使用情況。
RTK測(cè)量技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境修復(fù)測(cè)量的應(yīng)用,不僅可降低測(cè)量成本,還可彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)存在的不足,從而提升整體測(cè)量質(zhì)量。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,RTK測(cè)量技術(shù)不斷完善,其在礦山項(xiàng)目中也將發(fā)揮出更強(qiáng)大的作用。
基于CASS環(huán)境下的DTM 數(shù)字模型輔助計(jì)算模塊在多項(xiàng)工程,尤其在復(fù)雜山區(qū)和地形植被較多的地區(qū)應(yīng)用時(shí),可以綜合運(yùn)用多種數(shù)據(jù)采集的方法,通過多項(xiàng)工程的使用和驗(yàn)證,取得很好的效果。使用DTM數(shù)字化模塊測(cè)量計(jì)算工程量,自動(dòng)化程度高、速度快、精度高、適用面廣,有廣泛的應(yīng)用前景。