煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化制圖技術(shù)分析

＊孔 攀

（山西省陽泉蔭營煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 045011）

引言

我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要煤礦事業(yè)的支持，煤礦產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營可促進(jìn)多個(gè)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。煤礦生產(chǎn)的危險(xiǎn)性較高，生產(chǎn)前期工作人員需要對煤礦開采現(xiàn)場的地質(zhì)條件進(jìn)行勘查與測量，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與分析，為煤礦開采及生產(chǎn)的安全性提供保障。數(shù)字化背景下，地質(zhì)測量技術(shù)的發(fā)展獲得了較大進(jìn)步，數(shù)字化制圖技術(shù)是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，可為煤礦地質(zhì)測量的精準(zhǔn)性提供保障。為此，該技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于煤礦地質(zhì)測量工作當(dāng)中。

1.煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化制圖技術(shù)概述

(1)技術(shù)內(nèi)涵

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為科學(xué)技術(shù)的研發(fā)工作提供了充足的資金支持，使得我國科學(xué)技術(shù)的研發(fā)取得了重大成就，尤其是在地質(zhì)測量技術(shù)方面，諸多先進(jìn)的測量技術(shù)被應(yīng)用于煤礦行業(yè)的發(fā)展之中。數(shù)字化制圖技術(shù)是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的一種，技術(shù)應(yīng)用效率以及測量、制圖的準(zhǔn)確率較高，應(yīng)用成本低且成圖周期較短，十分適合應(yīng)用于煤礦地質(zhì)測量工作當(dāng)中。該技術(shù)綜合了數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)以及測繪等技術(shù)的功能及應(yīng)用優(yōu)勢，屬于綜合性的測量技術(shù)，其在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用是我國制圖事業(yè)進(jìn)行技術(shù)改革的重要表現(xiàn)[1]。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化制圖技術(shù)逐漸被應(yīng)用于煤礦地質(zhì)測量當(dāng)中，不僅加快了測量速度，并將抽象化的地質(zhì)環(huán)境以及地質(zhì)空間通過圖紙的方式具象化，更方便施工人員的審核，以此為煤礦的開采提供數(shù)據(jù)信息。

(2)技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字化制圖技術(shù)是信息技術(shù)的產(chǎn)物，其繪制而成的地質(zhì)圖精準(zhǔn)度較高，可實(shí)現(xiàn)自動化以及智能化的圖紙繪制，技術(shù)操作簡單、快速，制圖效率較高，十分適用于煤礦地質(zhì)測量工作。此外，與傳統(tǒng)的制圖技術(shù)相比，該技術(shù)的圖形編輯步驟較為簡便，地質(zhì)數(shù)據(jù)信息的收集與處理較為精準(zhǔn)、細(xì)致，具有自動化處理信息的特點(diǎn)，借助客戶端軟件可完成對數(shù)據(jù)信息的自動化處理。

客戶端軟件是數(shù)字化技術(shù)的一種，具有自動調(diào)節(jié)制圖符號、計(jì)算數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)識別的功能，在制圖過程中，能夠?qū)?shù)據(jù)誤差出現(xiàn)的概率降至最低，加之?dāng)?shù)字化系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的詳細(xì)分析，可對地質(zhì)面積、高度以及坐標(biāo)等信息進(jìn)行自動化提取，并將地形圖紙中地形之間的高度差控制在國家制圖標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以此增加測量工作的精準(zhǔn)性[2]。圖形信息豐富是數(shù)字化制圖技術(shù)的又一大特點(diǎn)，在測量煤礦地質(zhì)時(shí)，技術(shù)可提取的數(shù)據(jù)信息種類豐富、數(shù)量多，既包括測量點(diǎn)的位置信息，又包括測量地形的屬性信息，致使測量人員需要對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼、分類及串聯(lián)，以便于工作人員數(shù)據(jù)信息的調(diào)用。

(3)影響因素

①測量人員

無論是煤礦的開采與生產(chǎn)，還是煤礦地質(zhì)數(shù)據(jù)的測量，都需要人工進(jìn)行操作，測量人員的專業(yè)度以及規(guī)范化操作，直接影響著測量結(jié)果的精準(zhǔn)性。在實(shí)際測量過程中，煤礦的測量環(huán)境較為復(fù)雜，諸多環(huán)境因素會對測量人員的測量工作產(chǎn)生干擾，加之測量人員對自身的工作性質(zhì)缺乏了解、相關(guān)專業(yè)知識匱乏、測量工作經(jīng)驗(yàn)不足，進(jìn)而對待測量工作缺少責(zé)任意識，不利于地質(zhì)測量工作高效率及高質(zhì)量的完成。尤其是在專業(yè)度方面，如若測量人員的專業(yè)度未能達(dá)到測量要求，不僅會對測量的精準(zhǔn)度產(chǎn)生不良影響，還會耽誤測量工作的正常開展。雖然部分測量人員擁有一定的專業(yè)知識，但因缺少相應(yīng)的測量經(jīng)驗(yàn)，在工作中面對各種測量因素的干擾而缺少應(yīng)對能力，不僅會造成測量工作的停工，還可能會增加測量工作出現(xiàn)錯誤的幾率，延長測量時(shí)間，浪費(fèi)測量經(jīng)費(fèi)。

②測量設(shè)備

煤礦的開展及生產(chǎn)工作較為危險(xiǎn)，其工作過程中容易受各種自然環(huán)境的影響，如地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及水文條件等，部分煤礦測量地質(zhì)條件復(fù)雜，測量人員無法親自進(jìn)場完成實(shí)地測量，此時(shí)需要各種先進(jìn)設(shè)備及技術(shù)的支持。為此，測量設(shè)備是影響測量精準(zhǔn)性的重要因素之一，利用各種先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，對地質(zhì)環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，隨后借助數(shù)字化制圖技術(shù)將所收集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成為圖像數(shù)據(jù)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，為煤礦地質(zhì)的測量提供了諸多技術(shù)及設(shè)備，需要測量人員依據(jù)煤礦實(shí)際需要測量地形環(huán)境，挑選合適的設(shè)備輔助測量人員完成測量工作。測量設(shè)備的選擇，優(yōu)先需要注重設(shè)備的質(zhì)量問題，測量人員必須使用通過國家質(zhì)檢的設(shè)備儀器，并嚴(yán)格按照設(shè)備的操作要求操作設(shè)備。同時(shí)，注重設(shè)備的日常維修與養(yǎng)護(hù)，及時(shí)對設(shè)備測量的精準(zhǔn)性進(jìn)行檢測，有助于減少設(shè)備對測量產(chǎn)生的不良影響。

2.煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化制圖技術(shù)方法

(1)數(shù)字化儀輸入法

數(shù)字化儀輸入法，是數(shù)字化制圖技術(shù)的一種方式，主要被應(yīng)用于游標(biāo)跟蹤操作當(dāng)中，該方式的使用需要人工與數(shù)字化儀的配合，即數(shù)字化技術(shù)為主，人工操作為輔。該輸入法可將地質(zhì)測量儀器測量出的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集與分析，將原有的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成為圖像數(shù)據(jù)，展示給測量以及施工人員看，有助于工作人員更加清晰的了解煤礦開展的地質(zhì)條件，以便于為煤礦施工安全性提供參考。雖然數(shù)字化儀輸入法測量效果良好，但因該輸入法應(yīng)用的成本造價(jià)較高，其配套基礎(chǔ)設(shè)施的采購價(jià)格昂貴，使得其很少被應(yīng)用于煤礦地質(zhì)測量的工作當(dāng)中。

(2)人工跟蹤矢量化輸入法

人工跟蹤矢量化輸入法的應(yīng)用，主要依靠人工，通過人工與圖像編輯系統(tǒng)的配合使用，可完成復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境圖的繪制工作，其繪制過程中的主流軍是工作人員。在地質(zhì)結(jié)構(gòu)及環(huán)境圖紙繪制過程中，圖形編輯系統(tǒng)會自動對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模仿，隨后通過一定比例將實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行粘貼復(fù)制，繪制成格柵圖像供煤礦開展及生產(chǎn)工人參考。因該輸入法的應(yīng)用主要是依靠于人工，所以其在配套基礎(chǔ)設(shè)施方面的成本造價(jià)偏低，加之人工操作具有較大的便捷性，使得該輸入法能夠被廣泛應(yīng)用于煤礦地質(zhì)測量工作之中。

(3)智能掃描矢量化輸入法

智能掃描矢量化輸入法的應(yīng)用，主要依賴于智能化的掃描設(shè)備，諸多地質(zhì)數(shù)據(jù)信息通過掃描的方式進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，隨后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與整理，形成地質(zhì)圖數(shù)據(jù)信息后進(jìn)行傳輸，在智能識別系統(tǒng)當(dāng)中數(shù)據(jù)信息會被矢量化處理，最后在完成數(shù)據(jù)信息誤差修訂之后，才能繪制而成地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖。該輸入法雖然在數(shù)據(jù)信息的處理方面速度較快、效率較高，但是因其識別圖像時(shí)對圖像的像素要求較高，且在制圖過程中需要對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行反復(fù)修訂，應(yīng)用過程中的步驟操作較為繁雜，需要操作人員具有一定的耐心，能夠認(rèn)真對待測量制圖工作。

3.煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化制圖繪制過程

數(shù)字化制圖技術(shù)的應(yīng)用，可以解決諸多測量問題，該技術(shù)繪制流程如下所示：

（1）數(shù)據(jù)信息的采集，完成數(shù)據(jù)信息矢量化處理。在應(yīng)用技術(shù)制圖過程中，數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)流程，數(shù)據(jù)采集價(jià)值的高低直接影響著后期各種流程操作的意義。在數(shù)據(jù)收錄時(shí)，操作人員需要借助各種制圖軟件，在繪制矢量圖時(shí)，需要同時(shí)繪制點(diǎn)圖與線圖，以此為后續(xù)操作流程的順利推進(jìn)提供條件，有助于為數(shù)據(jù)信息收集的準(zhǔn)確性以及實(shí)效性提供保障。

（2）實(shí)際圖形的編輯與處理，數(shù)字化制圖技術(shù)具有圖形編輯的功能，能夠?qū)D形數(shù)據(jù)進(jìn)行更改以及再編輯，不僅數(shù)據(jù)編輯速度之快，圖形編輯效果良好，既可以完成點(diǎn)、線區(qū)域的編輯，又可以完成面區(qū)域的編輯，圖形編輯十分靈活[3]。另外，制圖技術(shù)可依據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況，完成地質(zhì)圖庫及矢量字庫的創(chuàng)建。

4.煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化制圖技術(shù)應(yīng)用

(1)地質(zhì)模型的創(chuàng)建

數(shù)字化制圖技術(shù)的應(yīng)用需要模型的配合，地質(zhì)模型的構(gòu)建是數(shù)字化制度技術(shù)實(shí)施的前提條件，工作人員應(yīng)該重視模型的構(gòu)建工作。在模型構(gòu)建初期，工作人員需要做好地質(zhì)勘查工作，收集各種地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，為模型的構(gòu)建提供充足的信息，信息收集越準(zhǔn)確，越有助于增加模型構(gòu)建的精準(zhǔn)度，越有助于后續(xù)各項(xiàng)制圖工作的開展。巖土工程模型是地質(zhì)模型的一種，該模型的構(gòu)建可采用表面模型法完成，借助測量點(diǎn)獲得離散性的數(shù)據(jù)以及資料包，有助于增加地質(zhì)模型重構(gòu)的幾率。除此之外，巖土模型的構(gòu)建需要使用抽象化的構(gòu)建方式，依據(jù)測量需求將同一列點(diǎn)連接形成較大的曲面片，進(jìn)而完成對地質(zhì)空間環(huán)境的數(shù)形，以此增加模型的模擬仿真效果。煤礦的開采區(qū)域不同，其地質(zhì)條件存在差異，模型的創(chuàng)建常使用塑性法，其可滿足模型創(chuàng)建的諸多要求。

(2)數(shù)據(jù)的輸出應(yīng)用

地質(zhì)測量涉及的數(shù)據(jù)信息較多，數(shù)字化制圖技術(shù)的應(yīng)用需要大量數(shù)據(jù)信息，在數(shù)據(jù)的輸出與使用過程中，操作人員需要對傳統(tǒng)的工作模式進(jìn)行優(yōu)化與升級，借助數(shù)字化技術(shù)將抽象化的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成為圖表形式的具象化數(shù)據(jù)信息，幫助測量人員做好數(shù)據(jù)的整理、分析以及歸類儲存工作，有助于專業(yè)化地質(zhì)測量數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。數(shù)字化制圖技術(shù)的應(yīng)用會產(chǎn)生諸多的數(shù)據(jù)信息，此類信息對之后的測量工作有所幫助，需要將其存儲至數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行保存，以便于后期測量工作的隨時(shí)調(diào)用。數(shù)據(jù)的輸出類型有相同的也有不同的，如表格數(shù)據(jù)、文字?jǐn)?shù)據(jù)以及圖形、影像數(shù)據(jù)等，工作人員需要對輸出以及存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，并制作成文件進(jìn)行統(tǒng)一保管。在后續(xù)數(shù)據(jù)應(yīng)用工作中，圖像數(shù)據(jù)的保存需要特別注意地形坐標(biāo)的標(biāo)記，測量人員需要確保標(biāo)記的準(zhǔn)確性，便于工作人員對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分辨。

(3)使用圖形編輯器

數(shù)字化圖形編輯器對數(shù)字化制圖技術(shù)的應(yīng)用具有重要影響，圖形編輯器使用便捷、編輯速度之快、編輯效率之高，主要包括了圖層編輯與區(qū)編輯等，既可以完成對圖形的編輯，又可以完成對地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的編輯，具體的編輯內(nèi)容介紹如下：

①編輯點(diǎn)，主要包括子圖庫與線圖元符號，具有填充圖案的功能，編輯過程中可借助矢量字庫將數(shù)據(jù)信息儲存至圖形編輯系統(tǒng)庫之中，方便測量人員隨之調(diào)用。

②圖形編輯，其主要包括圖形編輯、自動化校對、編輯修改以及圖形繪制等，編輯過程可在子系統(tǒng)中完成。

③誤差校正，需要測量人員找出誤差源，并依據(jù)誤差產(chǎn)生的原因制定解決方案，降低誤差對測量工作產(chǎn)生的不良影響。

(4)技術(shù)應(yīng)用的案例

①煤礦項(xiàng)目介紹

數(shù)字化制圖技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用，主要包括煤礦現(xiàn)狀地形圖、臺階分層地形圖以及排土場地形圖等，根據(jù)某煤礦企業(yè)的施工設(shè)計(jì)，可使用人工跟蹤矢量化輸入法與智能掃描矢量化輸入法完成各類圖紙的具體繪制。煤礦測量設(shè)計(jì)電子圖紙比例為1:500，利用CAD制圖軟件將其轉(zhuǎn)換成比例為1:1000的CAD圖，轉(zhuǎn)換后的圖紙如下圖1所示，圖中的1、2、3點(diǎn)都是四等永久導(dǎo)線點(diǎn)，圖中A為上盤運(yùn)輸巷岔道，B為2號穿脈巷岔道，C為3號穿脈巷岔道[4]。

圖1 CAD電子圖紙

②巷道與腰線放樣及測量

一方面，利用人工跟蹤矢量化輸入法在巷道中線之上挑選任意一點(diǎn)設(shè)為L1，如圖2所示，測量人員測量出L1點(diǎn)坐標(biāo)，隨后使用全站儀在巷道頂板處進(jìn)行放樣操作，以此測量、計(jì)算得出A點(diǎn)的具體坐標(biāo)。另一方面，人工操作全站儀測出L1出坐標(biāo)，并將坐標(biāo)輸入至CAD圖紙當(dāng)中，借助CAD測量功能測量得出L1點(diǎn)距離巷道兩邊的大小，隨后對腰線標(biāo)高進(jìn)行推測，完成現(xiàn)場放樣操作，在獲得諸多數(shù)據(jù)信息后，可使用數(shù)字化制圖技術(shù)完成地質(zhì)測量圖紙的繪制[5]。

圖2 L1點(diǎn)示意圖

5.結(jié)束語

數(shù)字化制圖技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量工作中的應(yīng)用，具有提高測量效率、測量質(zhì)量以及測量精準(zhǔn)性的作用，但在技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，因技術(shù)容易受測量人員以及測量設(shè)備的影響，技術(shù)應(yīng)用會存在諸多問題，需要測量人員引起重視，在測量過程中對影響因素進(jìn)行規(guī)避。在煤礦地質(zhì)測量中，數(shù)字化制圖技術(shù)的方法主要分三種，分別是數(shù)字化儀輸入法、人工跟蹤矢量化輸入法以及智能掃描矢量化輸入法，技術(shù)的應(yīng)用過程較為復(fù)雜，對技術(shù)操作人員的專業(yè)性要求較高。