測(cè)繪新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用及發(fā)展研究

陳浩

（吉利百礦集團(tuán)有限公司六龍煤礦，廣西 百色 553400）

0 引言

近年來，科技水平不斷提高，在技術(shù)應(yīng)用方面有了更多的技術(shù)選擇和支持，促使礦山測(cè)量作業(yè)高效化開展。測(cè)量作業(yè)時(shí)會(huì)因?yàn)橹車沫h(huán)境和特殊狀況，使得技術(shù)的應(yīng)用受到影響。為保障測(cè)繪測(cè)量作業(yè)達(dá)到要求，需綜合應(yīng)用各類技術(shù)手段，彌補(bǔ)單一測(cè)繪技術(shù)的不足。除此之外，積極推廣測(cè)繪新技術(shù)，利用技術(shù)的輔助功能，高效開展測(cè)量作業(yè)，獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息，為礦山建設(shè)和管理提供支持。

1 礦山測(cè)量的基本要求

礦山測(cè)量作業(yè)的基本要求如下：①質(zhì)量。測(cè)量作業(yè)的開展，采用測(cè)繪技術(shù)手段，作業(yè)時(shí)需要做好嚴(yán)格控制，保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的建設(shè)和生產(chǎn)等工作提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。②效率。測(cè)量的時(shí)間有限，要求快速高效化完成測(cè)量作業(yè)。采用測(cè)繪新技術(shù)手段，借助輔助設(shè)備和裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)區(qū)情況的有效測(cè)量，實(shí)現(xiàn)快速有效管理，進(jìn)而保障測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值實(shí)現(xiàn)。從測(cè)量測(cè)繪實(shí)踐分析，要求結(jié)合礦山測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，優(yōu)選適宜的技術(shù)手段，規(guī)范化開展測(cè)量作業(yè)，保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為相關(guān)工作的開展提供支持。

2 礦山測(cè)量中的測(cè)繪新技術(shù)

2.1 全站儀

礦山測(cè)量實(shí)踐中全站儀的應(yīng)用較為廣泛，能達(dá)到測(cè)繪作業(yè)的要求。從測(cè)繪實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，礦山測(cè)量作業(yè)的難度很大，尤其是在測(cè)區(qū)環(huán)境的影響下，使用全站儀，即全全站型電子速測(cè)儀，采集完整的數(shù)據(jù)信息，為礦山建設(shè)提供支持?；谌緝x的測(cè)量作業(yè)，遇到測(cè)量問題的情況很少，儀器設(shè)備將測(cè)角和測(cè)距以及微處理器有效融合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的自動(dòng)化測(cè)量，并且能夠自動(dòng)化存儲(chǔ)、記錄以及輸出數(shù)據(jù)。隨著產(chǎn)品的不斷升級(jí)，涌現(xiàn)出很多新儀器設(shè)備，帶來了新的測(cè)量理念。例如，徠卡TS60，采用了ATRplus 技術(shù)突破了自動(dòng)化測(cè)量極限；1G 雙核A9 處理器增強(qiáng)了計(jì)算能力；分辨率為傳統(tǒng)全站儀的5 倍，為礦山測(cè)量作業(yè)的開展提供了更多的支持。

2.2 三維激光掃描技術(shù)

礦山測(cè)量作業(yè)貫穿礦山生產(chǎn)與建設(shè)的全生命周期，測(cè)量的任務(wù)包括地面測(cè)量與井下測(cè)量等。目前，測(cè)量作業(yè)中依舊以GNSS 與全站儀輔助為主，使用這些設(shè)備控制測(cè)量與放樣作業(yè)，不僅效率高，而且精度可靠。不過隨著精細(xì)化生產(chǎn)和數(shù)字化礦山的建設(shè)，傳統(tǒng)的測(cè)量手段的應(yīng)用不足日益突出，比如可視化性能弱等，無法滿足生產(chǎn)建設(shè)的需求。除此之外，礦山測(cè)量作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)多，安全測(cè)量面臨很多挑戰(zhàn)。在此背景下三維激光掃描技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其是露天礦測(cè)量和地形測(cè)量以及井下測(cè)量領(lǐng)域。由于測(cè)量作業(yè)的需求很大，且環(huán)境條件相對(duì)惡劣，使得單一功能的掃描設(shè)備無法達(dá)到測(cè)量的需求，三維激光掃描設(shè)備被廣泛應(yīng)用，可滿足測(cè)量作業(yè)的需求。例如，徠卡P50。實(shí)際應(yīng)用中，100 萬點(diǎn)/s的掃描速度能夠快速獲取，同時(shí)可以節(jié)省時(shí)間，使場(chǎng)角達(dá)到360°×290°，可以實(shí)現(xiàn)全區(qū)掃描無死角，測(cè)量級(jí)精度很高，可以滿足測(cè)量作業(yè)的需求。儀器有針對(duì)地進(jìn)行外業(yè)掃描多測(cè)程模式，最長(zhǎng)可以達(dá)到1000m，可以減少外業(yè)掃描設(shè)站的數(shù)量，顯著提高外業(yè)作業(yè)的效率。在環(huán)境溫度為-20℃～50℃的條件下都可以設(shè)站定向測(cè)量，支持得到目標(biāo)坐標(biāo)系點(diǎn)云Cyclone 支持10 億級(jí)點(diǎn)云，點(diǎn)云承載力強(qiáng)，輕松完成各種測(cè)量工作Cyclone3DR 可以自動(dòng)生成等高線、坡底線、坡頂線等一系列特征線，CAD 可直接調(diào)用。儀器的具體應(yīng)用如下：①礦山地形測(cè)量。1000m 測(cè)量模式，可以快速高效化完成礦山地形測(cè)量。采用長(zhǎng)距離測(cè)試模式，可以減少設(shè)站，全面提供測(cè)量作業(yè)的效率。使用的軟件系統(tǒng)，可以自動(dòng)DEM 和等高線的生成，數(shù)據(jù)直觀，具有很強(qiáng)的精準(zhǔn)度，可自動(dòng)化提取坡頂和坡底線。②工作面收方計(jì)算。采用短測(cè)程模式，2min 就可以完成全景掃描。③采空區(qū)測(cè)量。對(duì)于礦場(chǎng)地下的復(fù)雜環(huán)境，使用三維掃描技術(shù)手段，能夠精準(zhǔn)掌握分布情況，指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)的開展，利用三維模型，可以精準(zhǔn)計(jì)算采空區(qū)的方量。隨著設(shè)備的不斷升級(jí)，涌現(xiàn)出很多新測(cè)量版本，能夠?yàn)榫珳?zhǔn)測(cè)量提供支持。例如，車載式設(shè)計(jì)與模塊化天線將IDS Stream T 采集速度提高至60km/h，與傳統(tǒng)作業(yè)方式相比提高近5 倍，可以快速完成測(cè)量作業(yè)。

2.3 空間信息技術(shù)

礦山測(cè)量作業(yè)中采用的空間信息技術(shù)主要是指3S技術(shù)，包括RS、GIS 以及GNSS 技術(shù)。經(jīng)過不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多新技術(shù)手段，為測(cè)量測(cè)繪作業(yè)的開展提供技術(shù)支持，如無人機(jī)航攝技術(shù)。目前，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛。礦山時(shí)刻生產(chǎn)，使得地形時(shí)刻變化，需采集完成的數(shù)據(jù)信息，并且進(jìn)行海量數(shù)據(jù)信息的處理。礦山測(cè)量作業(yè)若結(jié)果不準(zhǔn)確，那么會(huì)造成低效運(yùn)營(yíng)，甚至影響到工程的質(zhì)量。傳統(tǒng)測(cè)量方法，需借助GPS 和全站儀等設(shè)備，需進(jìn)行新廠測(cè)量作業(yè)，不僅安全性很低，而且測(cè)量周期比較長(zhǎng)。除此之外，數(shù)據(jù)成果單一，難以實(shí)現(xiàn)可視化和三維化，無法達(dá)到數(shù)字化要求。采用無人機(jī)測(cè)量技術(shù)，具有機(jī)動(dòng)速度快與測(cè)量效率高等優(yōu)勢(shì)，可以生成正射影像與三維模型等可視化成果。航測(cè)作業(yè)的方法，能夠避免現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的安全性問題，僅需幾十分鐘或者幾個(gè)小時(shí)便可以完成測(cè)量作業(yè)，生產(chǎn)作業(yè)效率很高。以某礦山測(cè)量作業(yè)項(xiàng)目為例，使用mdLiDAR1000 無人機(jī)掛載激光雷達(dá)套裝輔助測(cè)量作業(yè)。而過去采用GNSSRTK 技術(shù)手段，不僅危險(xiǎn)性很強(qiáng)，而且消耗的時(shí)間很多，需要配置3 人，連續(xù)7d 才能夠完成。采用無人機(jī)測(cè)量技術(shù)則只需花費(fèi)1d 的時(shí)間。測(cè)區(qū)的海拔比較高，而且處于春季，風(fēng)力風(fēng)沙很大，面臨惡劣的測(cè)量環(huán)境，測(cè)量工作的難度很大。使用的雷達(dá)套裝構(gòu)建的集成系統(tǒng)，基于md4-1000 飛行平臺(tái)，掛載SICKLD-MRS4 激光雷達(dá)傳感器和FLIR 5MP Global Shutter 相機(jī)，同時(shí)配備APX-15 UAV 慣導(dǎo)單元。作業(yè)前，根據(jù)作業(yè)的要求編制了測(cè)量測(cè)繪作業(yè)方案，組織開展高效化施工，測(cè)量的結(jié)果可達(dá)到精度10cm 的要求；DSM 網(wǎng)格每隔10cm 一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。采用此技術(shù)手段全面提高了測(cè)量作業(yè)的效率水平，保障了測(cè)繪結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。隨著無人機(jī)測(cè)量技術(shù)不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了很多測(cè)量性能更好的裝置，通過搭載高精度雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)，可以姿態(tài)抗風(fēng)飛行1h，雷達(dá)測(cè)程可以達(dá)到1850m，累計(jì)飛行2 架次，能夠快速完成礦區(qū)30km2測(cè)量任務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中可以輔助礦區(qū)地形圖繪制和采剝工程平面圖繪制以及礦山實(shí)景三維模型的構(gòu)建等工作，續(xù)寫了礦山測(cè)量系統(tǒng)的新篇章。

2.4 慣性測(cè)量技術(shù)

礦山測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，涌現(xiàn)出很多高性能技術(shù)，能夠?yàn)闇y(cè)量作業(yè)的開展提供技術(shù)支持和保障，助力測(cè)繪作業(yè)高效化開展。實(shí)踐中將慣性測(cè)量技術(shù)與全球定位技術(shù)深度融合，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)信息，能夠提高作業(yè)的效率。以某礦區(qū)為例，引入了LASC 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。此系統(tǒng)使用的是軍用過精度光纖陀螺儀以及定制的定位導(dǎo)航算法，能夠?qū)崟r(shí)化監(jiān)測(cè)采煤機(jī)三維姿態(tài)，達(dá)到精準(zhǔn)定位以及自動(dòng)化調(diào)直作業(yè)面等效果。使用的系統(tǒng)為硬件裝置INS 系統(tǒng)，主要由加速計(jì)與光速陀螺儀組成，不僅體積小，而且功率大，能在無基站指引的情況下自行判別方向，達(dá)到精準(zhǔn)定位的效果。在礦山測(cè)量作業(yè)中利用此技術(shù)手段可以滿足實(shí)時(shí)化測(cè)量作業(yè)的需求，全面提高測(cè)量作業(yè)的效率水平。

3 礦山測(cè)量中測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展分析

3.1 綜合化

礦山測(cè)量工作中采用單一的測(cè)繪技術(shù)手段，難以滿足測(cè)量工作的需求，而技術(shù)應(yīng)用的適應(yīng)場(chǎng)景不同，且技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。例如，采用的無人機(jī)測(cè)量技術(shù)手段，雖然能夠適應(yīng)空中的測(cè)量工作，但對(duì)礦井之下的測(cè)量工作具有難度。再比如，使用的全站儀設(shè)備，雖然能夠有效把握測(cè)量的精度，保證數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量，不過會(huì)受到通視環(huán)境以及其他因素的影響。目前，很多礦山測(cè)量工作的開展都在探索多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。根據(jù)測(cè)量工作的開展，合理選擇技術(shù)手段，并且編制完善的技術(shù)方案，充分發(fā)揮不同技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和作用，實(shí)現(xiàn)高效化測(cè)量，進(jìn)而保障測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在測(cè)量作業(yè)技術(shù)需求綜合化的發(fā)展趨勢(shì)下，會(huì)有更多的多功能儀器設(shè)備被研發(fā)，為測(cè)量作業(yè)的開展提供更多的技術(shù)支持與保障，全面提高測(cè)量作業(yè)的水平。測(cè)量工作人員需要結(jié)合測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用要求，充分發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值，有效地操作儀器設(shè)備，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1]。

3.2 高效化

近年來，礦山測(cè)量需求不斷增加，對(duì)于測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的需求很大。由于礦山的測(cè)繪環(huán)境比較復(fù)雜，給測(cè)量工作帶來諸多挑戰(zhàn)，采用傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)手段面臨很多技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和難題，使得測(cè)量的工作難以達(dá)到高效率、準(zhǔn)確性的要求。為了能夠提高測(cè)量工作的效率和質(zhì)量，很多企業(yè)都在加大儀器設(shè)備和系統(tǒng)的研究，通過提升測(cè)量?jī)x器設(shè)備的軟硬件系統(tǒng)來適應(yīng)測(cè)量工作的苛刻要求。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，使得更多的新儀器設(shè)備和技術(shù)被應(yīng)用，滿足了礦山測(cè)量作業(yè)的需求。未來的發(fā)展中需要結(jié)合測(cè)量的高標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)優(yōu)化和完善測(cè)繪技術(shù)。通過提高測(cè)繪作業(yè)的智能化和自動(dòng)化水平，促使技術(shù)應(yīng)用價(jià)值得以實(shí)現(xiàn)。目前采用的測(cè)繪新技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，需要工作人員不斷加大測(cè)繪技術(shù)的研究力度，針對(duì)當(dāng)前測(cè)量作業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)以及多樣化需求，做好技術(shù)應(yīng)用的分析，了解技術(shù)的重難點(diǎn)，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提出優(yōu)化技術(shù)的方法。通過不斷突破，促使技術(shù)水平得到提高[2]。

3.3 高水平

礦山測(cè)量工作中測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的有效發(fā)揮，需要圍繞基礎(chǔ)設(shè)施的投入和隊(duì)伍建設(shè)做好相應(yīng)的工作。組織開展測(cè)量作業(yè)，需要積極轉(zhuǎn)變測(cè)量管理的理念，通過推廣應(yīng)用新技術(shù)，不斷提高測(cè)繪工作的效率和質(zhì)量，達(dá)到當(dāng)前的作業(yè)要求。根據(jù)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的需求，加大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，引入新裝置、新裝備和新技術(shù)手段，輔助測(cè)繪工作高效化開展，提高測(cè)繪測(cè)量工作的信息化和自動(dòng)化水平。日常的管理工作中，還需要注重測(cè)繪儀器設(shè)備的維護(hù)，保證設(shè)備的性能達(dá)到要求，進(jìn)而發(fā)揮出測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的需求，加大對(duì)人才隊(duì)伍的建設(shè)，不斷提高人員的操作水平，保障技術(shù)應(yīng)用的效果[3]。礦山測(cè)量中采用的新測(cè)繪技術(shù)手段不同于以往的技術(shù)操作流程和方法，為了能夠保障測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的效果，需要對(duì)工作人員展開技術(shù)培訓(xùn)。作為測(cè)繪工作人員，需要積極學(xué)習(xí)新理論、新知識(shí)和新技能，適應(yīng)礦山測(cè)量的新形勢(shì)變化，不斷提高測(cè)繪工作的水平。在測(cè)量工作中，要嚴(yán)格按照測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的要求和標(biāo)準(zhǔn)，做好細(xì)節(jié)控制，保障測(cè)量數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，為礦山建設(shè)工作開展提供支持。除此之外，還需要積極地構(gòu)建完善的測(cè)量信息系統(tǒng)。結(jié)合礦山測(cè)量的發(fā)展變化，構(gòu)建測(cè)量信息化管理系統(tǒng)，充分挖掘信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高測(cè)繪測(cè)量的水平[4]。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集和整理，為相關(guān)工作的開展提供支持，同時(shí)能夠避免測(cè)量作業(yè)重復(fù)開展。無論采取何種測(cè)繪技術(shù)，都必須要做好測(cè)量作業(yè)全過程的控制，以最大程度上保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)工作的開展提供支持。組織測(cè)量作業(yè)時(shí)需要根據(jù)測(cè)量的任務(wù)，做好方案的編制工作[5]。組織測(cè)繪作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格按照方案的要求和標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)各項(xiàng)質(zhì)控措施，保障測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測(cè)量管理人員還需要做好數(shù)據(jù)信息質(zhì)量的檢測(cè)，保證采集的數(shù)據(jù)完整且真實(shí)，為后續(xù)工作的開展提供有力支持與保障。同時(shí)合理推廣應(yīng)用新技術(shù)，做好技術(shù)應(yīng)用管理，促使測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得到發(fā)揮，為創(chuàng)造更多的技術(shù)應(yīng)用效益，促進(jìn)礦山測(cè)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供助力[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，礦山測(cè)量中測(cè)繪新技術(shù)，例如三維掃描技術(shù)和無人機(jī)航測(cè)技術(shù)等，為測(cè)量測(cè)繪作業(yè)的開展提供了支持與保障，促使測(cè)量作業(yè)高質(zhì)量完成，獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。從測(cè)量作業(yè)的角度分析，為保障測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性，必須要做好嚴(yán)格控制，切實(shí)保證測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值實(shí)現(xiàn)。未來，測(cè)繪技術(shù)的自動(dòng)化和智能化水平將會(huì)不斷提高，可為測(cè)量作業(yè)的開展提供更多的支持與保障，創(chuàng)造更多的效益。