現(xiàn)代測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

劉宏遠 李軍

山東省公路工程技術(shù)研究中心有限公司 山東濟南 250200

社會經(jīng)濟科技快速發(fā)展，各個行業(yè)依托現(xiàn)有的技術(shù)逐漸向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，現(xiàn)代礦山建設(shè)不斷發(fā)展，基于當前的安全生產(chǎn)要求，深刻認識到礦山測量工作的實際價值，不斷提升礦山測量技術(shù)應(yīng)用為實際采礦工作進行服務(wù)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)提升測量質(zhì)量，保證礦產(chǎn)開采的安全高效性，適應(yīng)當前社會發(fā)展需要相關(guān)企業(yè)立足自身發(fā)展實際情況，實現(xiàn)礦山測量技術(shù)在應(yīng)用中的發(fā)展，為未來發(fā)展打下基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)代測繪技術(shù)概述

礦井測繪技術(shù)是一項包含勘探學(xué)、地質(zhì)學(xué)、測量等學(xué)科的綜合性技術(shù)，礦井測繪工作是礦井煤炭資源開采的必備前提條件及重要環(huán)節(jié)，測繪結(jié)果為煤炭資源探測、礦井持續(xù)運營、采區(qū)及巷道布置等工作開展提供資料支撐。現(xiàn)階段礦井測繪工作主要對礦區(qū)地貌、采掘工作開展、井下采掘環(huán)境地質(zhì)參數(shù)以及煤炭資源賦存規(guī)模等內(nèi)容進行詳細測量，并根據(jù)測量結(jié)果繪制采掘工作平面圖、地形圖等圖件。測繪工作高效開展可提升礦井煤炭資源開采效率，并降低煤炭開采成本，對提升礦井經(jīng)濟效益有顯著的促進作用。隨著礦井測繪技術(shù)不斷發(fā)展現(xiàn)階段已基本實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化采集，數(shù)據(jù)傳輸方式也向多樣化方向發(fā)展?，F(xiàn)代測繪技術(shù)由于具備較強的抗干擾能力及適應(yīng)性，在礦井中應(yīng)用、推廣速度加快，從而大幅度提升礦井測繪精度及測繪效率。

2 現(xiàn)代測繪技術(shù)種類

2.1 全站儀測繪技術(shù)

該技術(shù)很適合應(yīng)用在時間規(guī)定嚴格且緊迫的地下管線測量中，具有精度高、速度快的優(yōu)點，且基本不會受到天氣的影響，保證測量工作的順利進行，甚至針對具有高大建筑物的測量區(qū)依舊可以進行快速作業(yè)，但是不適用于碎步測量和大范圍測量。

2.2 GPS技術(shù)

該技術(shù)運用定位系統(tǒng)獲取地下管線數(shù)據(jù)信息，進行布網(wǎng)和選點工作，構(gòu)建數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，保證測量中心點選擇的科學(xué)性和合理性。而RTK技術(shù)是GPS技術(shù)衍生而出的一種實時動態(tài)測量技術(shù)，主要利用基準站的載波相位獲取情況，通過和客戶接收端的合作，利用算法計算具體坐標情況，操作簡單，具有較高的精確度，適用于尚未進行回填的地下管線測量[1]。

2.3 RTK技術(shù)

這是GPS技術(shù)衍生而出的一種實時動態(tài)測量技術(shù)，主要利用基準站的載波相位獲取情況，通過和客戶接收端的合作，利用算法計算具體坐標情況，操作簡單，具有較高的精確度，適用于尚未進行回填的地下管線測量。該技術(shù)主要是利用數(shù)據(jù)庫和計算機技術(shù)，實現(xiàn)地理位置和相應(yīng)地下管線的一一對應(yīng)，降低數(shù)據(jù)漏洞和錯誤出現(xiàn)的概率，從空間層面上保證地下管線測量數(shù)據(jù)的管理質(zhì)量。

2.4 地理信息技術(shù)

地理信息技術(shù)，也就是我們所說的“3S”技術(shù)，有時也被稱之為地學(xué)信息系統(tǒng)，它能夠全面地反映出地理分布數(shù)據(jù)以及地球的資源環(huán)境情況，結(jié)合計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，配合現(xiàn)代化處理技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化，具有運用方面廣、便于理解的特點[2]。

2.5 全球數(shù)字攝影測量技術(shù)

全球數(shù)字攝影技術(shù)是集上文提出的地理信息技術(shù)、全球定位技術(shù)、遙感技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。該技術(shù)促進了測繪技術(shù)朝著數(shù)字化、自動化的方向發(fā)展，全球數(shù)字攝影技術(shù)將獲得的數(shù)碼照片，經(jīng)過相關(guān)軟件的處理，可以得出三維空間模型，目前該項技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于房產(chǎn)規(guī)劃、水利發(fā)電、交通疏導(dǎo)、地質(zhì)勘探、城鄉(xiāng)建設(shè)等多方面。

3 地形測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與特點分析

有了信息化、數(shù)字化以及各類測繪軟件作為基礎(chǔ)，近幾年來地形測量技術(shù)的發(fā)展速度越來越快。同時，隨著國內(nèi)城市建設(shè)工作的有序推進，我國建設(shè)部門、土地管理部門對于地形圖的精度要求越來越高。通過開展地形測量工作，加強地形測量技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效獲取精度較高的地面數(shù)字測圖。目前，地形測量技術(shù)的發(fā)展速度逐步加快，在工程地形測量、工程驗收、地籍測繪以及違法建筑查處等方面有著廣泛的應(yīng)用。地形測量技術(shù)應(yīng)用期間，對于數(shù)字化技術(shù)、信息技術(shù)以及測繪軟件有著較大的依賴性。對于現(xiàn)階段所用的地形測量技術(shù)，主要以數(shù)字化測量技術(shù)為主，該技術(shù)所用的測量儀器操作相對簡單，測量精度較高，成圖效果相對較好。尤其是“GPS+全站儀+成圖軟件”模式的應(yīng)用，能夠有效提高測量工作的精度與效率?？傮w而言，地形測量中數(shù)字化測繪技術(shù)的優(yōu)勢如下：①相比于人工制圖而言，數(shù)字化測繪技術(shù)在數(shù)據(jù)精度方面更高[3]。在利用數(shù)字化測量技術(shù)開展數(shù)據(jù)采集工作期間，可以自動生成測量點位的三維坐標，并實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與信息的自動化保存。同時，數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸、存儲與處理等，進而能夠減少人為因素造成的誤差；②數(shù)字化測量技術(shù)的自動化、智能化水平更高，對測量過程中的各類數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動采集、屬性識別以及數(shù)據(jù)計算等流程；③數(shù)字化測量技術(shù)的應(yīng)用，還能降低人力、物力、財力資源的浪費，提高測量作業(yè)效率，降低測圖、成圖時間。一般來說，一個標準作業(yè)組每天能夠采集的地形點超過200個，大大提高了地形測量的效率。

4 現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦井的應(yīng)用

4.1 全站儀在礦井測繪中應(yīng)用

4.1.1 全站儀測繪技術(shù)概述

全站儀集電學(xué)技術(shù)以及光學(xué)技術(shù)，是現(xiàn)階段礦井測量工作中應(yīng)用最為廣泛的測繪設(shè)備。全站儀主要通過光電掃描度盤自動對記錄、存儲、顯示測繪結(jié)果，整個測量工作較為簡單、測量精度高。在全站儀內(nèi)部嵌入有測量軟件，通過簡化測量程序即可有效提升測量效率及精度。在礦井實際測量過程中通過布置全站儀即可獲取垂直角、水平角、高差、距離（平距、斜距）等參數(shù)。

4.1.2 全站儀在礦井應(yīng)用情況

通過布置全站儀即可獲取眾多測量參數(shù)且可將測量結(jié)果直接以數(shù)字形式顯示，通過內(nèi)部嵌入的軟件即可分析、處理測量獲取到的參數(shù)，具有操作簡便、測量結(jié)果穩(wěn)定以及適應(yīng)性強等優(yōu)點。在礦井測繪中通過全站儀可構(gòu)建覆蓋全礦的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理系統(tǒng)[4]。全站儀不僅可適應(yīng)井下煤巖采掘測量工作而且可對礦區(qū)采空區(qū)地表變形、地形進行測量。礦井通過采用全站儀可大幅降低測量人員勞動強度及數(shù)據(jù)處理工作量，在礦井測量工作中具有顯著優(yōu)勢。例如，中國礦業(yè)大學(xué)賀清清、張杰等對礦井連續(xù)搬運條件下全站儀誤差產(chǎn)生原因進行分析，為了提高全站儀測量精度建立井下陀螺定向中誤差與搬運距離高相關(guān)性擬合方程，預(yù)測該陀螺全站儀連續(xù)搬運距離限制，研究成果可在一定程度上豐富全站儀在礦井中應(yīng)用。

4.2 慣性測量技術(shù)

慣性測量技術(shù)是采用導(dǎo)向定位技術(shù)獲取礦井測量數(shù)據(jù)，該技術(shù)具有多樣性、自主性等特點，為礦井測量工作開展提供全性能、自動化技術(shù)支撐。礦井采用的慣性測量技術(shù)涉及到的系統(tǒng)主要有便捷式系統(tǒng)以及平臺式系統(tǒng)，將慣性測量技術(shù)與GPS技術(shù)相結(jié)合可形成新的測量系統(tǒng)，充分發(fā)揮兩種技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)高度精度測繪以及定位，高效對獲取到的礦井測量數(shù)據(jù)進行處理。慣性測量技術(shù)在礦井實際測量應(yīng)用中主要用以井下測量工作。例如，山東科技大學(xué)提出綜合使用慣性測量和三維激光技術(shù)對深部開采礦井井筒變形情況進行測定、評價;山東理工大學(xué)王瑋等獎慣性測量技術(shù)應(yīng)用到煤礦井下移動車輛定位中并進行現(xiàn)場試驗，結(jié)果表明，利用慣性測量技術(shù)能夠?qū)σ苿榆囕v姿態(tài)進行有效跟蹤，在運動狀態(tài)估計輔助下能有效降低煤礦移動車輛累計位置誤差[5]。上述應(yīng)用實例為其他礦井慣性測量技術(shù)推廣應(yīng)用提供了經(jīng)驗借鑒，并在一定程度上豐富了慣性測量技術(shù)應(yīng)用范圍。

5 礦山測繪技術(shù)質(zhì)量控制措施

5.1 完善測繪設(shè)備使用制度

目前測繪設(shè)備在不斷的發(fā)展更新，信息化已經(jīng)代替了傳統(tǒng)部分測繪設(shè)備，測繪設(shè)備功能加軟件配置齊全，測量人員的專業(yè)素質(zhì)要提高，對新型設(shè)備要科學(xué)的管理，同時要制定設(shè)備維護管理制度。在礦山原有的測繪設(shè)備管理制度的基礎(chǔ)上，應(yīng)針對管理設(shè)備制度進行有效的分析審視存在的弊端，對設(shè)備管理制度進行完善。對新型測繪設(shè)備要熟練掌握操作方法，保養(yǎng)維護等管理制度，并依據(jù)測繪設(shè)備的使用頻率和其他因素等要求，測繪人員對設(shè)備使用制度進行優(yōu)化。制定設(shè)備使用管理臺賬，在設(shè)備使用前對使用人員進行信息登記，以便設(shè)備出現(xiàn)故障問題，對使用人員的追責(zé)；確保測繪設(shè)備能正常有效的使用，要及時了解測繪設(shè)備的使用參數(shù)設(shè)置功能，滿足礦山的正常生產(chǎn)需求，提高測量精度。

5.2 對數(shù)據(jù)質(zhì)量進行嚴格審核

在測量中所得到的數(shù)據(jù)成果，測量成果數(shù)據(jù)準確性在礦山開采生產(chǎn)過程中起到極其重要的作用，直接影響著安全生產(chǎn)工作，測量人員要對測量成果的準確性要嚴格控制，確保數(shù)據(jù)的可靠性。測繪人員在數(shù)據(jù)采集過程中，必須要嚴格實行數(shù)據(jù)質(zhì)量審核程序，明確數(shù)據(jù)真實可靠性后方可投入在后期施工基礎(chǔ)建設(shè)工作中來。若是數(shù)據(jù)存在問題，測繪人員必須現(xiàn)場重新采集數(shù)據(jù)計算，對數(shù)據(jù)計算結(jié)果要進行一一核實，反復(fù)確認數(shù)據(jù)真實可靠性。測繪人員要養(yǎng)成良好的數(shù)據(jù)復(fù)核習(xí)慣，在開展測繪工作中要有豐富的測繪工作經(jīng)驗，專業(yè)測繪素養(yǎng)，能夠結(jié)合測繪儀器、測繪數(shù)據(jù)采集和環(huán)境工作中三個方面進行有效的相結(jié)合，滿足礦山生產(chǎn)開采過程中數(shù)據(jù)的可靠性。

5.3 科學(xué)應(yīng)用全站儀傳統(tǒng)測量儀器

經(jīng)緯儀在數(shù)據(jù)采集時，主要采用手工記錄和人工計算的方式，并且會出現(xiàn)人為的失誤相對較大，導(dǎo)致測繪數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，對測繪工作人員來說，測繪工作量較大，無形中增大工作負擔量，在數(shù)據(jù)錄入進行應(yīng)用過程中，也存在較多不方便之處。全站儀進行應(yīng)用過程中，能夠彌補傳統(tǒng)測繪工作中的不足之處，有效的提高工作效率，如：針對礦山開采過程中地表塌陷出現(xiàn)的裂縫，人員不能到達危險作業(yè)區(qū)域內(nèi)，使用全站儀能夠數(shù)據(jù)采集，可以精確的進行測量檢測工作，由此目前全站儀的類型較多，廣泛的應(yīng)用到當前測繪工作中。所謂“全站儀”，也就是“電子全站經(jīng)緯儀”，能夠快速的解算測量坐標、高程、自動化處理，數(shù)據(jù)將測角、距離、高差一體化處理，施工放樣一鍵施工放樣，角度、方位角、距離，能精確結(jié)算放樣數(shù)據(jù)，自動保存測量記錄數(shù)據(jù)，操作極其方便，適用于礦山測量工作之中。目前全站儀內(nèi)置設(shè)備中軟件較多，應(yīng)用程序便捷，使測量效率和精度都有效的提高，減少了人力消耗，并且配有完整的數(shù)據(jù)傳輸工具和繪圖軟件，在數(shù)據(jù)處理方面具有較高的優(yōu)勢。

5.4 提升礦山測量人員的專業(yè)能力和素質(zhì)

在礦山測量工作中，礦山測量人員在生產(chǎn)建設(shè)中起到重要的作用。在實際的生產(chǎn)開采礦山，測量人員的專業(yè)素質(zhì)專業(yè)技能直接影響著礦山的生產(chǎn)安全和企業(yè)的利益。因此，相關(guān)企業(yè)或單位一定要重視礦山測量人員的專業(yè)培訓(xùn)，制定專業(yè)技術(shù)人員考核制度，提升專業(yè)技術(shù)人員的綜合能力水平，更好的服務(wù)企業(yè)的發(fā)展。

6 結(jié)語

隨著礦井自動化以及智能化建設(shè)的不斷推進，傳統(tǒng)的礦井測繪技術(shù)已經(jīng)不能滿足煤炭資源探測、礦井建設(shè)以及煤炭回采需要。將現(xiàn)代化測繪技術(shù)應(yīng)用到礦井生產(chǎn)中，為礦井生產(chǎn)提供可靠、便捷的測繪成果，可在一定程度上提升礦井現(xiàn)代化建設(shè)水平以及礦井生產(chǎn)效率。在礦井測繪中通過采用空間信息技術(shù)可實現(xiàn)對測繪獲取到的空間地質(zhì)信息進行更為便捷的處理、分析，有助于促進礦井測繪工作效率；依據(jù)全站儀工作特點，并結(jié)合空間信息技術(shù)構(gòu)建礦井三維地質(zhì)模型，且能夠?qū)崿F(xiàn)對測繪數(shù)據(jù)自動采集、傳輸以及分析，為構(gòu)建新型的礦井測繪系統(tǒng)提供支撐。將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到礦井測繪中，可實現(xiàn)遠程遙控測量，大幅降低測繪人員勞動強度、測繪成本以及顯著提升礦井測繪效率。