數(shù)字化礦山測量技術(shù)的應(yīng)用研究

朱自芬

（福建省海峽水泥股份有限公司， 福建 德化 362500）

0 引言

礦山測量復(fù)雜性較強(qiáng)，影響因素較多，為加強(qiáng)測量準(zhǔn)確性，數(shù)字化礦山測量技術(shù)應(yīng)用顯得尤為重要。本文將對數(shù)字化礦山測量技術(shù)展開分析探討，希望有助于礦山的開采和生產(chǎn)，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 數(shù)字化礦山測量技術(shù)

數(shù)字化礦山測量技術(shù)是由五部分構(gòu)成的：其一，采集系統(tǒng)。重點將測量和勘查中所得的數(shù)據(jù)信息實施收集、匯總和集中處理，再借助存檔和文檔模塊的處理，對信息數(shù)據(jù)實行分類管理和存儲；其二，調(diào)度系統(tǒng)。數(shù)據(jù)訪問、生產(chǎn)調(diào)度、接口處理等均是由調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)的；其三，功能系統(tǒng)。以專業(yè)模擬和功能分析為主。該系統(tǒng)內(nèi)使用的軟件技術(shù)有SC、AI、SA、MCAD等；其四，包裝系統(tǒng)。重點結(jié)合數(shù)據(jù)資料做好三維建模；其五，核心系統(tǒng)。核心系統(tǒng)是數(shù)字化礦山測量技術(shù)的核心內(nèi)容，其可對各分系統(tǒng)實施統(tǒng)一管理，對建立的各項模型實行綜合分析和控制，為決策及工作的落實提供科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)對這些系統(tǒng)的分析研究可知，數(shù)字化礦山測量技術(shù)需要以完善的數(shù)據(jù)信息作為支撐，以保證空間或地理信息模型構(gòu)建的完整性，推動開發(fā)和生產(chǎn)作業(yè)的安全進(jìn)行。

2 數(shù)字化測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 直觀展現(xiàn)礦山具體情況

傳統(tǒng)測量技術(shù)是以紙質(zhì)形式展現(xiàn)測量后礦山的具體情況，工作人員需要在不同的圖紙上將測量內(nèi)容予以標(biāo)注，以人工標(biāo)注方式實施細(xì)節(jié)處理。而數(shù)字化礦山測量技術(shù)，直接利用計算機(jī)及相關(guān)軟件就可清晰展現(xiàn)礦山的具體情況，在細(xì)節(jié)處理上，可直接放大展示細(xì)節(jié)具體情況，做好相應(yīng)的標(biāo)注和修改，以此加強(qiáng)測量準(zhǔn)確性，幫助工作人員清晰了解礦山情況。數(shù)字化礦山測量技術(shù)的應(yīng)用，為礦山三維模型的構(gòu)建帶來了助力，為生產(chǎn)作業(yè)的開展提供了保障。

2.2 提高測量效率

數(shù)字化礦山測量技術(shù)，在加強(qiáng)測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性的基礎(chǔ)上，還可加快測量工作，節(jié)省更多測量時間。同時，該技術(shù)的應(yīng)用，也為工作人員作業(yè)開展及策劃提供充足的依據(jù)。利用數(shù)字化礦山測量技術(shù)可監(jiān)控到礦山位置的變化特征，實現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測和監(jiān)控，做好前期預(yù)防和管控，避免安全事故的發(fā)生。

2.3 滿足多渠道作業(yè)要求

使用數(shù)字化礦山測量技術(shù)得到的各項測量數(shù)據(jù)可被快速的記錄下來，并自主保存在系統(tǒng)軟件內(nèi)。這樣便于工作人員隨時完成數(shù)據(jù)的調(diào)取和分析，并將其中有用部分抽取出來，應(yīng)用到其他工作中，加大數(shù)據(jù)適用范圍，滿足多渠道作業(yè)要求。同時，記錄的各項數(shù)據(jù)可隨時按照要求轉(zhuǎn)化成圖紙或其他信息，推動關(guān)聯(lián)作業(yè)的順利開展，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 縮減工作量，提高測量精準(zhǔn)度

數(shù)字化礦山測量技術(shù)中包括三維建模技術(shù)、地形測繪技術(shù)、空間繪制技術(shù)，且利用計算機(jī)及相關(guān)軟件，即可完成測量和數(shù)據(jù)記錄工作，大大降低人工作業(yè)量，且測量結(jié)果精準(zhǔn)度有效提升，減少人力、成本的損耗[1-3]。

3 數(shù)字化礦山測量技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化礦山測量技術(shù)是一項綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，其中不僅融合了全站儀、全球定位、RTK等相關(guān)軟件的功能優(yōu)勢，也充分利用圖形圖標(biāo)、可視化功能直觀將礦山實況展現(xiàn)出來，便于工作人員細(xì)致分析，加強(qiáng)圖紙等繪制的準(zhǔn)確性。在礦山中應(yīng)用數(shù)字測量技術(shù)，必須以測量人員測量規(guī)范化為前提，按照實際測量的重點及工作質(zhì)量控制因素，完成整個測量過程。

3.1 三維可視化技術(shù)

三維可視化技術(shù)在礦山測量中起到顯著作用，該技術(shù)的應(yīng)用，可將測量所得的礦山數(shù)據(jù)以三維視圖的方式展現(xiàn)出來，讓工作人員清晰了解礦山的地質(zhì)地貌特征、礦產(chǎn)種類、空間分布情況等，便于后期開采和生產(chǎn)作業(yè)的開展。

3.1.1 數(shù)據(jù)全方位采集

利用三維激光掃描設(shè)備的應(yīng)用，可按照測量作業(yè)要求，實現(xiàn)被測區(qū)域全景或局部地質(zhì)地貌的掃描，準(zhǔn)確了解礦山目前開采情況，獲取礦石分布信息，順便了解邊坡變化特征，為后續(xù)開發(fā)和勘查提供可靠依據(jù)。

3.1.2 數(shù)據(jù)快速處理

礦山測量中獲取的數(shù)據(jù)信息會直接上傳到三維建模軟件中，利用軟件自身的篩選功能，對測量數(shù)據(jù)實施過濾和整理，之后再利用Maya、3DMax等常用三維建模處理軟件，準(zhǔn)確生成礦山井巷及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的三維立體動態(tài)視圖，有利于更好地掌握礦山開采信息。

3.1.3 構(gòu)建三維系統(tǒng)平臺

該平臺的建立主要是為了加快數(shù)據(jù)資料的傳輸和共享速度，擴(kuò)大計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用范圍，減少因地域、環(huán)境等因素限制帶來了各類問題，進(jìn)而準(zhǔn)確、實時把控礦區(qū)情況，做好調(diào)度和規(guī)劃工作，提高管理水平。特別是地質(zhì)模型，地質(zhì)模型包含兩個方面的內(nèi)容，一是開放的數(shù)字地形模型（Digitize Terrain Model），或者稱為表面模型，它是一個不封閉的、類似層狀的表面實體，一般地表和斷層的建模屬于這一類型；二是線框?qū)嶓w模型，它是一個封閉的空間實體或是空心體，一般礦體和巖體的建模屬于此種類型。在一般的軟件建模中，實體模型與表面模型是基于相似的原理構(gòu)建，兩者在三維可視化方面得到了廣泛的應(yīng)用，但三維實體模型是一種比表面模型更為復(fù)雜的三維體。表面模型是由多條不封閉曲線或直線生成的，它只表示一個面；而實體模型是由多條封閉的曲線生成的，它最大的特點就是具有封閉性。地質(zhì)模型是實現(xiàn)礦山可視化、數(shù)字化最重要的一個方面，建立好地質(zhì)模型，可以很好地幫助地質(zhì)工程師對資源儲量進(jìn)行動態(tài)管理，也可以很好地幫助采礦工程師直觀地認(rèn)識開采環(huán)境及開采對象，從而可以選擇開采方案、優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)礦山的高效安全開采。

3.1.4 建模

建模內(nèi)容包括礦體巖層形態(tài)、空區(qū)、斷層、溶洞等地質(zhì)地形要素，下面就采空區(qū)建立數(shù)字可視化模型具體步驟簡述如下。

（1）分類收集、整理建模所需礦山各中段采空區(qū)實測圖、物探測試各勘探線縱剖面圖、勘探工程平面布置圖、礦山地質(zhì)地形圖等原始資料，并對原始資料進(jìn)行梳理，使其達(dá)到建立三維可視化模型的基本要求；

（2）建立各中段各采區(qū)主要采空區(qū)、物理勘探推斷出的不明空區(qū)（溶洞或懸拱空區(qū)）及地表三維可視化模型。

綜合運用三維礦山軟件邁達(dá)斯GTS-NX以及圖形處理軟件Auto-CAD等構(gòu)建礦山采空區(qū)與不明空區(qū)或溶洞的三維可視化模型。本研究采用三維建模礦山軟件邁達(dá)斯GTS-NX建立了安石坑礦區(qū)采空區(qū)及不明空區(qū)（溶洞或懸拱空區(qū)）的模型，實現(xiàn)采空區(qū)三維可視化，準(zhǔn)確地在三維空間內(nèi)描述出主要采空區(qū)的形狀以及不明空區(qū)（溶洞或懸拱空區(qū)）的位置關(guān)系，為礦山下一步開采提供有效的空區(qū)位置信息。

3.2 空間信息技術(shù)

空間信息技術(shù)即3S技術(shù)，其包括了地理信息技術(shù)、全球定位技術(shù)、遙感技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用對提供礦山測量實效性、全面性有著顯著效果[4-5]。

3.2.1 全球定位技術(shù)

全球定位技術(shù)可對用戶、地面、空間這三部分實行監(jiān)督和掌控。全球定位技術(shù)是基于衛(wèi)星完成定位測量的，故精準(zhǔn)度較高，但在運用該技術(shù)進(jìn)行礦山測量時，需注意控制好測量基線的長度，以加強(qiáng)測量效果準(zhǔn)確性。運用全球定位技術(shù)需選定好固定測量基點，進(jìn)而推算出三維無約束平差，獲得平差值。需要注意的是，全球定位技術(shù)在應(yīng)用中，受環(huán)境、氣候、地勢、標(biāo)高等因素的影響，應(yīng)做好規(guī)避工作，以免影響測量結(jié)果。

3.2.2 數(shù)字遙感技術(shù)

數(shù)字遙感技術(shù)以電磁波技術(shù)原理為基礎(chǔ)，利用掃描、攝影等方式獲取被測區(qū)域影像信息，再利用信息傳輸和處理技術(shù)、傳感技術(shù)等對測量圖像和信息加以處理。最終生成較為清晰、完整的測量圖形。另外，測量所得數(shù)據(jù)可實時傳輸?shù)降V山測量中心，基于遙感技術(shù)也可以對地表地物信息實行距離控測與識別。采用遙感技術(shù)能對礦山環(huán)境展開監(jiān)測，且能對礦山地形圖予以準(zhǔn)確測繪，因而具有較高的推廣價值[1]。

3.2.3 地理信息技術(shù)

該技術(shù)涉及地理空間測量，通過對現(xiàn)有地理模型及獲取數(shù)據(jù)的分析，可掌握被測區(qū)域地理地質(zhì)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化特征。地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于礦山測量，主要是采用礦區(qū)地理信息系統(tǒng)，將礦山資源環(huán)境信息作為平臺，將測量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及輸出使用形成數(shù)字化技術(shù)體系，可滿足礦山生產(chǎn)對數(shù)據(jù)資料的基本需要。

3.3 數(shù)字繪圖技術(shù)

礦山的地質(zhì)地形結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等都存在著變動性特征，所以在礦山測量中，應(yīng)該做好動態(tài)化監(jiān)管，獲取不同時期的變化數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)繪制完整地形圖，幫助工作人員清晰、準(zhǔn)確地了解礦山情況，為后續(xù)開發(fā)和生產(chǎn)規(guī)劃提供依據(jù)。傳統(tǒng)制圖方式需以大量室內(nèi)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，同時需要掌握專業(yè)繪圖技巧，成圖周期長，且存在誤差，不能滿足現(xiàn)代化礦井建設(shè)和生產(chǎn)的需求。礦山資源開發(fā)需要完整的圖紙信息作為依據(jù)和支持，如果不能對礦山地質(zhì)環(huán)境及地下結(jié)構(gòu)特征予以了解，則在開采方案規(guī)劃中會存在疏漏或偏差，無疑會增加礦山開采的難度，增加安全隱患出現(xiàn)概率。甚至還會對自然環(huán)境造成污染，縮短礦區(qū)的開采壽命。

此外，因礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的動態(tài)化變動特征，傳統(tǒng)圖紙資料已經(jīng)無法準(zhǔn)確展現(xiàn)礦山實際情況，利用價值不大，不利于開采、生產(chǎn)、管理等工作的順利開展。將礦圖實行數(shù)字化管理就能有效協(xié)調(diào)好礦山測量信息與礦山生產(chǎn)之間關(guān)系，基于現(xiàn)代化技術(shù)對礦山信息予以準(zhǔn)確測量，再利用計算機(jī)三維軟件做好快速成圖、分析，讓礦山生產(chǎn)管理人員熟練掌握井下生產(chǎn)信息。

4 數(shù)字化礦山測量技術(shù)應(yīng)用中存在的問題及解決措施

4.1 等高線問題及解決方案

在礦山測量中，需要在n個碎部點中形成等高線，以確保數(shù)據(jù)化測量技術(shù)由點形成線，多條不同標(biāo)高的等高線形成三維立體空間。但礦山地形復(fù)雜，地質(zhì)活動劇烈，所以一些區(qū)域難以形成規(guī)整可表示現(xiàn)場實際地形的等高線。為此，在實際工作中，需要利用人工干預(yù)的方式，確定測繪等高線斷開點位，從而表示出更精準(zhǔn)地理信息，強(qiáng)化測量直觀效果。例如，在繪制等高線時，位于深溝或峽谷中的地貌點須縮小間距，部分地貌特征點不可或缺，不能近似選用較遠(yuǎn)點替代，形成等高線；否則會出現(xiàn)等高線交叉或往復(fù)急折現(xiàn)象。諸如此類，需手工處理。

4.2 比例尺問題及解決方案

傳統(tǒng)平板測圖由于用途不同，在測繪圖紙繪制中，不得不利用不同比例尺加以繪制。運用數(shù)字化繪圖過程中，不同類別的地貌，采用的分層存儲，就可以隨時調(diào)閱查看和縮放功能，生成不同比例加以運用。

4.3 數(shù)字化礦山測量中的問題及解決措施

數(shù)字化礦山測量技術(shù)應(yīng)用中，傳統(tǒng)測量儀器和設(shè)備與技術(shù)間存在脫節(jié)的現(xiàn)象，降低測量數(shù)據(jù)傳輸效率。為此，需按照技術(shù)要求，配備先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)備儀器，且儀器間要相互配套，能做到有效協(xié)作，提高測量時效性、準(zhǔn)確性，加強(qiáng)圖紙繪制可靠性和實用性。且通過對先進(jìn)設(shè)備儀器的應(yīng)用，可減少數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)誤差的產(chǎn)生，再加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性，這樣可大大降低開采和生產(chǎn)中安全隱患的出現(xiàn)概率，提高圖件調(diào)取、查閱效率和精準(zhǔn)度，改善可視化效果，增大企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化礦山測量技術(shù)的應(yīng)用，不僅是對傳統(tǒng)測繪方式的創(chuàng)新和變革，也是維護(hù)礦山開采安全，延長礦山壽命，做好環(huán)境保護(hù)的重要措施。其在我國資源開采和利用、測繪行業(yè)發(fā)展中起到非常重要的作用。故而值得加大研究和推廣力度，為我國綜合實力的提升和經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。