數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

周 亮

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生活服務(wù)公司，山西 靈石 031300）

數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)相關(guān)工作中已經(jīng)展開(kāi)運(yùn)用，并取得了良好的成果。一方面，測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度得到提高，測(cè)量工作的質(zhì)量和效率也隨之提升；另一方面，可以為采礦工作的安全性提供可靠的數(shù)據(jù)保障?，F(xiàn)代數(shù)字化測(cè)量技術(shù)涉及RTK 技術(shù)、數(shù)字化繪圖技術(shù)、3S 技術(shù)、數(shù)字化處理技術(shù)以及三維可視化技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用大大提高了礦區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，已成為現(xiàn)代化礦山測(cè)量工作中重要的組成部分。

1 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字化測(cè)量技術(shù)有利于提高礦山測(cè)量工作的精度。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的不斷加快，對(duì)礦物能源的需要在不斷增加，這對(duì)礦山開(kāi)采提出了新的要求，必須加大礦區(qū)測(cè)量的精確度。只有提高數(shù)據(jù)的精確度，公司才能更好地監(jiān)管采礦作業(yè)，并為采礦工作提供充分的安全保障。采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，礦區(qū)測(cè)量的精準(zhǔn)程度能夠得到保證，可以繪制準(zhǔn)確的礦圖。如果沒(méi)有關(guān)于地下條件和相關(guān)地質(zhì)和環(huán)境準(zhǔn)確、及時(shí)的信息，就不可能進(jìn)行礦山生產(chǎn)的科學(xué)規(guī)劃，甚至?xí)?duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響。這不僅大大減少了工作人員的工作量，同時(shí)也提高了礦圖的精確度。此外，用于礦山測(cè)量的人力、物力和時(shí)間也可以減少。

數(shù)字化測(cè)量技術(shù)有助于提高礦山測(cè)量的工作效率。機(jī)器人測(cè)量?jī)x器、三維激光掃描儀和便攜式雷達(dá)的不斷研發(fā)，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的不斷更新，這大大減少了工作人員的工作量，提高了礦山測(cè)量的工作效率[1]?；跀?shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，使能更快并更有效地勘探礦山的地形與地質(zhì)，收集更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)繪制礦圖，從很大程度上改善了礦山測(cè)量的工作成果。

2 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的具體應(yīng)用

2.1 RTK 技術(shù)

RTK 技術(shù)來(lái)自于全球定位系統(tǒng)技術(shù)，這是一種能夠?qū)崟r(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，主要依據(jù)是應(yīng)用載波相位實(shí)時(shí)差分技術(shù)對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。近年來(lái)，RTK 技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)被逐步應(yīng)用于礦山測(cè)量領(lǐng)域。在礦山測(cè)量中使用RTK 技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)指定一個(gè)數(shù)據(jù)收集基準(zhǔn)站，并將整理得到的數(shù)據(jù)通過(guò)電磁信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)站。移動(dòng)站接收數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分類后，將相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并采用專業(yè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。目前，我國(guó)使用RTK 技術(shù)的測(cè)量精度是在厘米級(jí)以上的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)礦山測(cè)量技術(shù)，這也超出了傳統(tǒng)固態(tài)測(cè)量技術(shù)的范圍。因此，RTK 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)采礦調(diào)查和采礦測(cè)量。當(dāng)使用RTK 技術(shù)時(shí)，要保證所應(yīng)用的參照站與其相匹配的流動(dòng)接收站轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)據(jù)保持一致性。因此，在第一階段，有必要對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行全面核查與檢驗(yàn)，將在測(cè)量系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)統(tǒng)一化，并加強(qiáng)數(shù)據(jù)的收集工作。目前，我們必須分析這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況，確定中線坐標(biāo)方位，通過(guò)RTK 接收器進(jìn)行平均距離規(guī)定，并準(zhǔn)確確定中線的位置。

2.2 數(shù)字化繪圖技術(shù)

礦山的地形、地質(zhì)以及地貌等都具有不可預(yù)知的變動(dòng)性，礦山測(cè)量相關(guān)技術(shù)人員主要的任務(wù)就是將抽象的礦山測(cè)量數(shù)據(jù)在圖紙上體現(xiàn)出來(lái)，并根據(jù)不同的地形繪制不同的地形圖，這也是礦山測(cè)量的根本內(nèi)容。傳統(tǒng)的制圖方法需要大量的室內(nèi)數(shù)據(jù)，以及具有專業(yè)的繪圖技能，繪圖的時(shí)間往往較長(zhǎng)，還容易出現(xiàn)誤差，這些無(wú)法滿足對(duì)現(xiàn)代礦山建設(shè)和生產(chǎn)需求。在礦山資源開(kāi)采階段，圖象信息往往是礦山生產(chǎn)規(guī)劃的重要基礎(chǔ)，如果沒(méi)有關(guān)于地下條件和相關(guān)地質(zhì)環(huán)境準(zhǔn)確、及時(shí)的信息，就不可能對(duì)礦山生產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，甚至?xí)?duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響。因?yàn)榈V山地質(zhì)數(shù)據(jù)具有一定的變動(dòng)性，傳統(tǒng)圖紙不再能夠發(fā)揮其完整價(jià)值，應(yīng)當(dāng)通過(guò)數(shù)據(jù)化的三維成圖軟件進(jìn)行分析，對(duì)礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的匹配情況進(jìn)行數(shù)字化處理，以準(zhǔn)確地計(jì)量關(guān)于礦山生產(chǎn)的信息，從而使管理人員能夠完全掌握礦山情況，迅速、準(zhǔn)確地提供決策[2]。一般而言，數(shù)字化繪圖具有下列技術(shù)優(yōu)勢(shì)：具有高效性，可以構(gòu)成具有實(shí)際地理信息的三維地圖和高精度平面地圖，不受圖紙變化的影響；便于圖紙的實(shí)時(shí)修改和更新，技術(shù)人員可以獲得不同比例的圖紙，方便使用者查找審閱，能夠做到一測(cè)多用；地圖可以以圖形文件的形式儲(chǔ)存，并使用外部?jī)?nèi)存，根據(jù)一定內(nèi)容將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字結(jié)構(gòu)，建立采礦地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，并向采礦信息管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 數(shù)字化處理技術(shù)

在礦山測(cè)量中，對(duì)礦山地形圖以及相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化處理也時(shí)常被應(yīng)用。數(shù)字化處理技術(shù)將傳統(tǒng)文字、圖片等以數(shù)字化形式轉(zhuǎn)化成實(shí)際數(shù)據(jù)信息，完善了礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的更新、查詢及使用系統(tǒng)，同時(shí)也確保了礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和整體性，在改善我國(guó)礦山測(cè)量工作的質(zhì)量和水平方面具有重要作用。

2.4 空間信息技術(shù)

空間信息技術(shù)又稱“3S”技術(shù)，近年來(lái)礦山測(cè)量中廣泛使用的空間信息技術(shù)包括全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS 和遙感測(cè)量系統(tǒng)RS，這些技術(shù)可用來(lái)提高礦山測(cè)量的質(zhì)量。

全球定位系統(tǒng)GPS 技術(shù)。全球定位系統(tǒng)GPS 技術(shù)主要由三個(gè)要素組成：用戶、地面部分和其他部分。雖然GPS 技術(shù)的最終分析是以衛(wèi)星定位測(cè)量為基礎(chǔ)的，因此精確度很高，但在礦山測(cè)量使用這一技術(shù)時(shí)，需要調(diào)整基線長(zhǎng)度，以確保測(cè)量精準(zhǔn)度。使用GPS 技術(shù)需要選擇固定測(cè)量點(diǎn)，并計(jì)算出GPS 三維方差，獲得具體數(shù)值。應(yīng)當(dāng)注意，環(huán)境的變化可能影響全球定位系統(tǒng)技術(shù)使用的精確度，地勢(shì)和高度等因素也可能影響全球定位系統(tǒng)的使用效果。

遙感測(cè)量系統(tǒng)RS 技術(shù)。RS 技術(shù)是以電磁波技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字遙感，即通過(guò)遙感技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)讓和處理。目標(biāo)信息性能測(cè)量來(lái)對(duì)礦山進(jìn)行勘查和攝影的技術(shù)。RS 技術(shù)是一種遙遠(yuǎn)的感知技術(shù)，它使用的是光線信息的特性，不用直接接觸物體，就能夠獲得物體有關(guān)的信息和特性。RS 技術(shù)的基礎(chǔ)是，光照射在物體上，并根據(jù)光譜信息的特點(diǎn)反映可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光，這種光譜信息可以揭示物體的自然、物理和形態(tài)學(xué)特征，并最終得到物體的全部情況。例如，在全球定位系統(tǒng)信號(hào)不強(qiáng)的地區(qū)可以使用三維掃描儀和空載雷達(dá)。并通過(guò)設(shè)定目標(biāo)將標(biāo)靶之間連接起來(lái)，最終產(chǎn)生高精度三維模型的完整數(shù)據(jù)[3]。同時(shí)在露天礦區(qū)中，便攜式雷達(dá)可在無(wú)人駕駛飛行器上進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，最終通過(guò)確定各航帶之間的某些重疊率來(lái)實(shí)現(xiàn)合并。在礦山測(cè)量中，RS 技術(shù)得到廣泛使用，此項(xiàng)技術(shù)大大提高了礦山地形的空間與時(shí)間分辨率。

地理信息系統(tǒng)GIS 技術(shù)。GIS 技術(shù)主要以地理內(nèi)容為根本，根據(jù)地理內(nèi)容提供各種各樣的動(dòng)態(tài)地理空間信息數(shù)據(jù)。將地理信息系統(tǒng)技術(shù)用于礦區(qū)測(cè)評(píng)，這一系統(tǒng)可以通過(guò)資源環(huán)境特點(diǎn)，利用數(shù)字技術(shù)采集、處理和使用數(shù)據(jù)，為礦區(qū)數(shù)據(jù)采集做準(zhǔn)備工作。

2.5 三維可視化技術(shù)

三維可視化技術(shù)能夠通過(guò)三維數(shù)字技術(shù)對(duì)礦山地形地質(zhì)等相關(guān)信息的測(cè)量數(shù)據(jù)以三維立體的方式展現(xiàn)出來(lái)，利用特定軟件對(duì)礦山測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字建模及運(yùn)動(dòng)匹配。同時(shí)，通過(guò)三維可視化技術(shù)的使用可以將三維立體建模完整表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)礦山測(cè)量的地點(diǎn)、地質(zhì)特性等各項(xiàng)地理空間信息以更完整的形式體現(xiàn)。三維可視化技術(shù)主要是通過(guò)三維視圖的形式，提供采礦需要的相關(guān)內(nèi)容，并提供空間、地形和礦物材料等基本數(shù)據(jù)信息。在礦山資源開(kāi)采階段，圖象信息往往是礦山生產(chǎn)規(guī)劃的重要基礎(chǔ)，如果沒(méi)有關(guān)于地下條件和相關(guān)地質(zhì)、環(huán)境準(zhǔn)確及時(shí)的信息，就不可能進(jìn)行礦山生產(chǎn)的科學(xué)規(guī)劃，甚至?xí)?duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。三維成像技術(shù)可以提供采礦測(cè)量的適當(dāng)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)收集方面，數(shù)據(jù)整理工作以三維激光掃描技術(shù)為支持，該工作能對(duì)礦區(qū)采取部分或全部評(píng)測(cè)，從而獲得關(guān)于礦山開(kāi)采狀況的相關(guān)信息，并對(duì)采礦狀況、斜坡變化和礦山測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；在數(shù)據(jù)處理方面，一般來(lái)說(shuō)，在利用三維可視化技術(shù)時(shí)，獲得的數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)入到三維建模軟件，數(shù)據(jù)處理云可以進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾等工作，之后可以利用Maya、3DMax 等常用三維建模軟件，準(zhǔn)確生成礦山以及相關(guān)開(kāi)采設(shè)備的三維建模動(dòng)態(tài)視圖，從而更好地了解礦山開(kāi)采情況。

3 結(jié)論

采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)能夠有效提高礦山測(cè)量的工作效率與工作質(zhì)量，讓采礦工作人員能夠感受到自身安全有了保障。因此，應(yīng)當(dāng)不斷強(qiáng)化數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。相關(guān)工作人員要定期對(duì)其開(kāi)展研究，汲取以前礦山測(cè)量工作中應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，擴(kuò)大數(shù)字測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用工作范圍。充分利用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不斷提高礦山測(cè)量的技術(shù)水平，為我國(guó)礦山開(kāi)采行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供可靠的參考依據(jù)，同時(shí)給礦山開(kāi)采工作提供有效的安全保障。