智能測繪技術(shù)在露天礦山開采測量中的應(yīng)用

李培智

（內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015300）

露天礦山開采測量的主要工作是對露天礦山的礦采場、排土場、運(yùn)輸線路以及開采設(shè)備的位置等及西寧側(cè)梁。露天礦開采需要大量的測量工作，傳統(tǒng)測量方法在實(shí)際開采時(shí)會受到測量人員、測量設(shè)備以及其它外部條件的影響，造成勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率低的問題。傳統(tǒng)的測繪設(shè)備可以滿足大部分的開采測量任務(wù)，在規(guī)模較小的測繪工程中被廣泛的應(yīng)用[1]。但隨著礦山開采技術(shù)的不斷提高，人們對于露天礦山的資源需求高度逐漸增加，傳統(tǒng)測繪設(shè)備已經(jīng)無法滿足露天礦山開采的預(yù)期要求。因此智能測繪技術(shù)從中產(chǎn)生，智能測繪技術(shù)是一種以地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化測繪方法，涉及到光學(xué)科技領(lǐng)域、電子技術(shù)領(lǐng)域、生物技術(shù)領(lǐng)域以及人工智能領(lǐng)域等多方面的學(xué)科，智能測繪技術(shù)主要結(jié)合數(shù)據(jù)中心構(gòu)建統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)，并在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)對礦山地理信息的有效測量。

1 露天礦山測量工作現(xiàn)狀

①野外實(shí)際測量與調(diào)查工作較少；②礦區(qū)地質(zhì)測量工作程度較低，投入實(shí)物工作量少，尤其是測量、取樣化驗(yàn)、物理測試等工作量；③各種圖件內(nèi)容過于簡單，質(zhì)量較低，有些大比例尺地形地質(zhì)圖，地形地圖是由小比例尺地形圖進(jìn)行掃描，然后將其放大。這樣的形成的圖紙作為地圖質(zhì)量太低。地形地質(zhì)圖地層劃分較為簡單，沒有產(chǎn)狀、圖例，出現(xiàn)圖文不符，張冠李戴的現(xiàn)象。

2 智能測繪技術(shù)在露天礦山開采測量中的應(yīng)用

2.1 露天礦山開采影像數(shù)據(jù)獲取

作為露天礦山開采測量作業(yè)后期所有數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響著后期數(shù)據(jù)及成果輸出的好壞。利用智能測繪技術(shù)，針對不同的露天礦山測區(qū)，首先應(yīng)當(dāng)利用無人機(jī)遙感技術(shù)對影像數(shù)據(jù)獲取進(jìn)行規(guī)劃，針對不同形狀測區(qū)，進(jìn)行航線敷設(shè)設(shè)計(jì)。無人機(jī)遙感對影響數(shù)據(jù)獲取的主要流程為：對獲取任務(wù)進(jìn)行分析；對任務(wù)區(qū)域內(nèi)的相關(guān)資料采集；對露天礦山實(shí)地情況調(diào)研，選擇事宜的飛行場地；對無人機(jī)飛行計(jì)劃以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；無人機(jī)起飛前與著陸后對儀器檢查；對無人機(jī)飛行質(zhì)量及獲取數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查；待完成任務(wù)后對無人機(jī)飛行資料整理并進(jìn)行統(tǒng)一存儲。對于不同測區(qū)的高度差距一般不能超過0.32倍的相對航高，假設(shè)無人機(jī)的攝影比例尺為1:6000，則相對航高應(yīng)為1/4。圖1為某地區(qū)露天礦山測區(qū)近東西方向航線設(shè)計(jì)示意圖。

圖1 某地區(qū)露天礦山測區(qū)近東西方向航線設(shè)計(jì)示意圖

航線的敷設(shè)為無人機(jī)獲取影響數(shù)據(jù)的飛行方向，通常情況下，為東西走向，若有其他相應(yīng)要求時(shí)可根據(jù)實(shí)際露天礦山的地形走向敷設(shè)。若在敷設(shè)的航線中存在水域，例如河流、池塘等應(yīng)當(dāng)避免航線主點(diǎn)位于水域當(dāng)中。采用GPS技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)應(yīng)當(dāng)確定航線首末兩端的地理坐標(biāo)。

在對露天礦山開采測量區(qū)域進(jìn)行低空無人機(jī)遙感航拍后，還需要在影像重疊區(qū)域中設(shè)置已知的控制測量點(diǎn)，通過已知點(diǎn)對影像進(jìn)行糾偏，并進(jìn)行與地面坐標(biāo)系的連接，獲取像控點(diǎn)數(shù)據(jù)[2]。

2.2 開采位置地理坐標(biāo)定位

智能測繪技術(shù)的應(yīng)用還可實(shí)現(xiàn)對露天礦山開采位置的地理坐標(biāo)定位。智能測繪技術(shù)在露天礦山開采測量應(yīng)用時(shí)，利用當(dāng)前GPS衛(wèi)星的全覆蓋優(yōu)勢，可以有效提高測量結(jié)果的精準(zhǔn)度。首先嚴(yán)格按照GPS技術(shù)的相關(guān)操作守則，利用全球定位的衛(wèi)星系統(tǒng)對露天礦山的地質(zhì)進(jìn)行所需的測量，其中包括相關(guān)的地理數(shù)據(jù)信息以及地質(zhì)圖像信息等，通過數(shù)據(jù)信息的測量幫助開采人員觀察和計(jì)算。再根據(jù)測量結(jié)果，開采人員對露天礦山的控制網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將完善的方案設(shè)計(jì)投放到實(shí)際的開采測量作業(yè)當(dāng)中。

在利用智能測繪技術(shù)對露天礦山開采影像數(shù)據(jù)獲取時(shí)，測量不可避免的會受到一定外界條件因素造成的干擾，因此測量結(jié)果會存在一定的誤差，造成GPS衛(wèi)星測量出現(xiàn)畸變。通過下述公式可有效對GPS衛(wèi)星測量產(chǎn)生的畸變進(jìn)行調(diào)整，從而得到準(zhǔn)確的露天礦山開采位置地理坐標(biāo)。

公式中，k1、k2、k3分別表示為徑向畸變差系數(shù)，在實(shí)際露天礦山開采過程中只考慮徑向畸變系數(shù)k1即可；（x，y）表示為對應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)；r表示為像點(diǎn)向徑；x-x0表示為以影響數(shù)據(jù)主點(diǎn)為原點(diǎn)并經(jīng)過各項(xiàng)誤差改正的像點(diǎn)坐標(biāo)；（Δx，Δy）表示為相機(jī)畸變差在（x，y）方向上的改正數(shù)，通過上述公式，完成對開采位置地理坐標(biāo)的定位。

2.3 規(guī)劃開采路線

針對露天礦山開采測量的特點(diǎn)，結(jié)合智能測繪技術(shù)中的車載移動測量技術(shù)，可制定出一套以移動掃描為主體，少量運(yùn)用地理信息技術(shù)補(bǔ)充測量的作業(yè)方案。通過車載移動測量技術(shù)行車掃描、采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理以及后去補(bǔ)充測量實(shí)現(xiàn)該技術(shù)對露天礦山開采路線的規(guī)劃作業(yè)。前期掃描時(shí)需要注重露天礦區(qū)的交通管制，并嚴(yán)格按照行車避讓規(guī)則執(zhí)行，制定出更加合理的行車掃描方案及掃描時(shí)間。在測量過程中應(yīng)當(dāng)采用引導(dǎo)車在前方按照相應(yīng)的行車路線，測量車緊隨引導(dǎo)車后進(jìn)行移動式掃描，以此保障設(shè)備行車的安全，實(shí)現(xiàn)更加有效、精準(zhǔn)的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。當(dāng)進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先要在已知、可控的測量點(diǎn)上建立GPS基準(zhǔn)站，再選擇在露天礦山空曠的區(qū)域打開GPS和IMU并進(jìn)行靜止對準(zhǔn)以及機(jī)動對準(zhǔn)操作。待完成操作后，根據(jù)數(shù)據(jù)采集得到的結(jié)果規(guī)劃礦山的開采路線，并結(jié)束對GPS的靜止對準(zhǔn)操作。上述過程是為了讓智能測繪技術(shù)更加精準(zhǔn)的確定開始及結(jié)束時(shí)的姿態(tài)及路線。

車載移動測量是智能測繪技術(shù)中一項(xiàng)全新的地理信息數(shù)據(jù)采集手段，其應(yīng)用可為露天礦山開采測量提供更多類型的數(shù)據(jù)，在一定程度上豐富了露天礦山開采測量的內(nèi)容同時(shí)也為數(shù)據(jù)的快速更新提供了全新的有效途徑。車載移動測量技術(shù)在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇三人為一個(gè)作業(yè)小組，其中一人主要負(fù)責(zé)對車輛的控制，一人負(fù)責(zé)對測量設(shè)備的操作，一人負(fù)責(zé)對車輛行駛的導(dǎo)航。與傳統(tǒng)的野外測量相比，車載移動測量有效降低了測量人員外業(yè)勞動的強(qiáng)度。

2.4 空間信息技術(shù)及其在露天礦測量中的應(yīng)用

空間信息技術(shù)的主體核心是“3S”技術(shù)，即是遙感、全球定位系統(tǒng)、和地理信息系統(tǒng)。包括衛(wèi)星遙感、航空遙感等，作為地形圖測繪的重要手段，并且得到廣泛的應(yīng)用，使用衛(wèi)星遙感地圖也是研究取得了一些有意義的結(jié)果，基于遙感數(shù)據(jù)建立數(shù)字地形模型，并應(yīng)用于測繪工作得到了更多的應(yīng)用程序。GPS作為一項(xiàng)引起傳統(tǒng)測繪觀念重大變革的技術(shù)，已經(jīng)成為大地淵量的主要技術(shù)手段，也是最具潛力的全能型技術(shù)，在礦山測量、控制測量、工程測量、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)以及交通運(yùn)輸工具的導(dǎo)航發(fā)揮著重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的映射的概念。地理信息系統(tǒng)是一個(gè)收集、處理、管理和分析與空間地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

2.5 智能測繪技術(shù)的應(yīng)用舉例

①建立露天礦測量信息系統(tǒng)，由于以3s”技術(shù)為代表的現(xiàn)代測繪技術(shù)和以全站儀、GPS接收機(jī)等為代表的現(xiàn)代測繪儀器已具備了對礦山三維數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、處理、存儲、分析的功能，因而以現(xiàn)代測繪技術(shù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的支持下，完全可以建立集成化，自動化智能化的露天礦測量信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以s軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立，并作為進(jìn)一步建立礦區(qū)資源環(huán)境信息的基礎(chǔ)。②GPS技術(shù)在邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用。通過GPS技術(shù)用于某露天礦區(qū)邊坡變形監(jiān)測的研究，指出GPS技術(shù)用于邊坡監(jiān)測具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，在遠(yuǎn)離變形區(qū)的穩(wěn)定基點(diǎn)上進(jìn)行觀測，克服了傳統(tǒng)技術(shù)在觀測距離上的局限性。第二，它可以保證測量的準(zhǔn)確性，并且可以同時(shí)測量大量的監(jiān)測點(diǎn)。第三，不需要點(diǎn)與點(diǎn)之間的觀測，靈活選擇監(jiān)測點(diǎn)。第四，獲取點(diǎn)位置的三維變化信息，實(shí)現(xiàn)平面與高程的同步監(jiān)測。五是領(lǐng)域簡單，自動化程度高；GPS與全站儀、光電測距儀有機(jī)結(jié)合，效率更高。因此，GPS技術(shù)用于邊坡監(jiān)測具有多方面的優(yōu)越性，完全可以滿足生產(chǎn)的要求。

3 結(jié)語

在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，社會對于露天礦山礦產(chǎn)資源的需求量呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，因此對于露天礦山開采測量工作提出了更加嚴(yán)格的要求。在這樣的時(shí)代背景下，露天礦山開采測量人員需要及時(shí)將傳統(tǒng)的作業(yè)觀念轉(zhuǎn)變，更新認(rèn)識，將智能測繪技術(shù)充分應(yīng)用到露天礦山開采測量當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對露天礦山的數(shù)字化、系統(tǒng)化測量，并不斷提高對礦山開采環(huán)節(jié)地址信息數(shù)據(jù)的高效整合，從而推動礦山開采企業(yè)的健康發(fā)展。