煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化測繪技術(shù)的運用探討

＊王艷明

（晉能控股集團左權(quán)正珠煤業(yè)有限公司 山西 032600）

數(shù)字化測繪技術(shù)是指將地理空間數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并進行分析、處理、管理和展示的技術(shù)手段。在煤礦地質(zhì)測量中，數(shù)字化測繪技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的手工測繪和平面繪圖，提高了地質(zhì)勘查和開采的效率，也大大減少了誤差和風(fēng)險。

1.數(shù)字化測繪技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）安全性高。數(shù)字化測繪技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用有著較高的安全性，傳統(tǒng)的人工測繪中，由于煤礦地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，操作人員需要進行長時間的工作，對人的身體造成了一定的傷害。煤礦環(huán)境也存在著自然災(zāi)害和一些安全隱患，如瓦斯爆炸、地質(zhì)災(zāi)害等，為人工測繪增加了風(fēng)險。而數(shù)字化測繪技術(shù)可以通過遠程遙控、無人駕駛等方式，避免了人員在煤礦地質(zhì)環(huán)境中的長時間作業(yè)和危險操作，從而減少了人員受傷的風(fēng)險。數(shù)字化測繪技術(shù)的數(shù)據(jù)采集過程也避免了人員進入危險區(qū)域的情況，保障了人員的安全，通過數(shù)據(jù)處理和分析，提供煤礦地質(zhì)安全監(jiān)測所需的數(shù)據(jù)支持，從而提高了煤礦地質(zhì)安全的水平[1]。

（2）呈現(xiàn)測量信息完整。煤礦地質(zhì)測量中，利用數(shù)字化測繪技術(shù)，將測量所得數(shù)據(jù)快速、準確地捕捉和處理，呈現(xiàn)測量的信息完整，在傳統(tǒng)的煤礦地質(zhì)測量中，測量數(shù)據(jù)通常是通過手工記錄和繪制圖形的方式進行處理，該方式存在數(shù)據(jù)遺漏和誤差的可能性。而數(shù)字化測繪技術(shù)則通過電腦軟件將測量數(shù)據(jù)進行處理，可以快速、準確地生成測量圖形，同時增強數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的完整性，減少數(shù)據(jù)的遺漏和誤差，提高了測量數(shù)據(jù)的精度和可靠性。數(shù)字化測繪技術(shù)還可以將測量圖形與地圖信息進行疊加，生成更加豐富的地質(zhì)信息，幫助煤礦地質(zhì)測量工作更加準確、高效。

（3）圖像信息豐富。數(shù)字化測繪技術(shù)的圖像信息豐富，傳統(tǒng)的人工測繪中，數(shù)據(jù)采集的方式往往是文字記錄和簡單的手繪圖，難以展現(xiàn)出煤礦地質(zhì)的真實情況。而數(shù)字化測繪技術(shù)可以將煤礦地質(zhì)測量中獲取的數(shù)據(jù)以圖像的方式進行展示，包括但不限于三維立體圖像、多角度拍攝圖像等。三維立體圖像可以通過激光掃描儀等設(shè)備進行采集，可以直觀地展現(xiàn)出煤礦地質(zhì)的三維形態(tài)，包括地層、煤層、礦井巷道等結(jié)構(gòu)特征，從而更加精確地了解煤礦地質(zhì)情況。多角度拍攝圖像可以通過無人機等設(shè)備進行采集，提供了全面的視角和展現(xiàn)煤礦地質(zhì)的多個方面，如地貌、地形、植被等，從而更加全面地了解煤礦地質(zhì)情況。通過數(shù)字化測繪技術(shù)采集的圖像數(shù)據(jù)可以進行處理和分析，從而提高測量的精度和可靠性，圖像數(shù)據(jù)也可以作為煤礦地質(zhì)信息的重要組成部分，為煤礦地質(zhì)安全監(jiān)測和管理提供更加全面的數(shù)據(jù)支持[2]。

2.煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用要點

（1）編寫測量計劃書。在煤礦地質(zhì)測量中，編寫測量計劃書是數(shù)字化測繪技術(shù)應(yīng)用的重要步驟，編寫測量計劃書時，要明確測量目的，包括煤層厚度、煤質(zhì)分析、瓦斯含量、地質(zhì)構(gòu)造，詳細說明測量方法，包括地面測量、井下測量、遙感測量，確保測量方法科學(xué)合理，且符合煤礦地質(zhì)測量的要求。明確測量區(qū)域和范圍，包括井下工作區(qū)、采掘工作面、煤礦區(qū)域等方面，保證測量范圍準確無誤，覆蓋面廣，能夠滿足煤礦地質(zhì)測量的需求。

明確測量精度要求，包括水平精度、垂直精度、角度精度等有關(guān)的參數(shù)，要保證測量精度符合煤礦地質(zhì)測量的要求，提高測量結(jié)果的準確性和可靠性。對測量周期進行確認，根據(jù)煤礦地質(zhì)測量的需要，制定合理的測量周期，推動測量工作連續(xù)、實時展開。在編寫測量計劃書時，要根據(jù)煤礦地質(zhì)測量的實際情況，結(jié)合數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用，制定科學(xué)、合理的測量計劃，保證測量工作的準確性和規(guī)范性，提高煤礦地質(zhì)測量的效率和質(zhì)量。

（2）煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)采集。煤礦地質(zhì)測量中，數(shù)據(jù)采集是數(shù)字化測繪技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，利用遙感技術(shù)獲取地面地質(zhì)信息，如使用衛(wèi)星遙感圖像、航空遙感圖像等，可以獲得煤礦周邊地貌、水文、植被等信息數(shù)據(jù)。礦山內(nèi)部地質(zhì)信息可以通過激光掃描技術(shù)進行采集，激光掃描儀可以掃描礦井內(nèi)部的空間信息，獲取礦井地質(zhì)構(gòu)造信息。在煤礦地質(zhì)測量中，使用測量儀器進行數(shù)據(jù)采集，以獲取更加準確和可靠的數(shù)據(jù)，常用的測量儀器包括全站儀、測距儀、水準儀等。全站儀是一種高精度的測量儀器，具有測量角度和距離的功能，在煤礦地質(zhì)測量中，可以使用全站儀進行煤層走向、傾角、厚度等參數(shù)的測量，以及煤礦設(shè)備的定位和管理，數(shù)據(jù)采集流程見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程

測距儀是一種測量距離的儀器，可以通過激光或雷達技術(shù)實現(xiàn)對距離的測量，在煤礦地質(zhì)測量中，可以使用測距儀對煤層底板、頂板、煤柱等空間位置進行測量。水準儀是一種測量高差的儀器，可以實現(xiàn)對地面高程的測量，在煤礦地質(zhì)測量中，使用水準儀對煤礦內(nèi)部的高程進行測量，獲取煤層的位置和厚度信息。使用測量儀器進行數(shù)據(jù)采集，提高數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，同時也可以提高測量效率，在數(shù)據(jù)采集過程中，測量人員要注意測量儀器的使用方法和操作規(guī)范，確保測量數(shù)據(jù)的準確、可靠[3]。

（3）GIS數(shù)字化測量技術(shù)。GIS數(shù)字化測量技術(shù)是一種將地理信息數(shù)據(jù)進行整合、分析、處理和表達的技術(shù)，可以有效提高煤礦地質(zhì)測量工作的效率和準確性，應(yīng)用GIS數(shù)字化測量技術(shù)時，需要注意數(shù)據(jù)的準確性，在進行GIS數(shù)字化測量時，應(yīng)保證使用的數(shù)據(jù)準確無誤。因為數(shù)據(jù)的準確性直接影響到測量結(jié)果的準確性和可靠性，因此應(yīng)對數(shù)據(jù)進行嚴格的質(zhì)量控制和審核。在進行GIS數(shù)字化測量時，要確保使用的各類數(shù)據(jù)之間具有一致性，因為數(shù)據(jù)的一致性可以有效避免數(shù)據(jù)重復(fù)和沖突，提高數(shù)據(jù)的利用率和價值。使用的數(shù)據(jù)應(yīng)完整無缺，因為數(shù)據(jù)的完整性可以有效避免數(shù)據(jù)的遺漏和不足，及時進行數(shù)據(jù)更新，保證數(shù)據(jù)的時效性和可靠性。根據(jù)煤礦地質(zhì)測量的實際需求，結(jié)合數(shù)字化測繪技術(shù)的優(yōu)勢，制定科學(xué)合理的測量方案，保證測量工作的準確性和規(guī)范性，提高煤礦地質(zhì)測量的效率和質(zhì)量。

（4）煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)處理。數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用使煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的處理更加方便和高效，數(shù)據(jù)處理的過程包括數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理和分析等步驟，在數(shù)據(jù)采集方面，數(shù)字化測繪技術(shù)可以實現(xiàn)自動化采集和高精度采集，減少了人為誤差和測量時間。在數(shù)據(jù)存儲方面，數(shù)字化測繪技術(shù)采用電子化存儲方式，使得數(shù)據(jù)可以長期保存并方便檢索。在數(shù)據(jù)處理方面，數(shù)字化測繪技術(shù)可以實現(xiàn)自動化處理和高精度處理，提高了數(shù)據(jù)處理的準確性和效率，在數(shù)據(jù)分析中，數(shù)字化測繪技術(shù)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，方便用戶進行數(shù)據(jù)分析和決策，測繪數(shù)據(jù)服務(wù)平臺見圖2[4]。

圖2 測繪數(shù)據(jù)服務(wù)平臺

（5）煤礦地質(zhì)變形測量。煤礦地質(zhì)變形測量中，利用數(shù)字化測繪技術(shù)，包括測量儀器、測量方法和數(shù)據(jù)處理等方面的內(nèi)容，應(yīng)用數(shù)字化測繪儀和全站儀等高精度測量儀器，實現(xiàn)煤礦地質(zhì)變形的高精度測量和自動化采集。數(shù)字化測繪儀可以通過記錄坐標和高程等信息，實時獲取地質(zhì)變形的數(shù)據(jù)，全站儀的應(yīng)用則可以實現(xiàn)高精度的三維測量，獲得更為精細的地質(zhì)變形數(shù)據(jù)。數(shù)字化測量方法包括三角測量法、激光測距法和影像測量法等，可以實現(xiàn)煤礦地質(zhì)變形的多角度測量和精度控制，例如，三角測量法的應(yīng)用是通過測量三角形的邊長和角度等信息，計算出地質(zhì)變形的大小和方向。

激光測距法可以通過激光束測量地質(zhì)物體的距離，實現(xiàn)對地質(zhì)變形的高精度測量，影像測量法則可以通過對煤礦地質(zhì)變形區(qū)域進行拍攝和處理，實現(xiàn)對地質(zhì)變形的多角度測量和分析。數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用還可以實現(xiàn)煤礦地質(zhì)變形數(shù)據(jù)的自動化處理和可視化分析，提高了煤礦地質(zhì)變形監(jiān)測的準確性和效率。借助數(shù)字化測繪技術(shù)，將煤礦地質(zhì)變形數(shù)據(jù)自動化地傳輸?shù)接嬎銠C中進行處理和分析，提高了數(shù)據(jù)的處理效率和準確性。在計算機上生成三維模型和動態(tài)圖像，利用數(shù)字化測繪技術(shù)，實現(xiàn)對煤礦地質(zhì)變形數(shù)據(jù)的可視化分析，依據(jù)分析結(jié)果，為煤礦安全生產(chǎn)提供重要的參考和決策依據(jù)[5]。

（6）實時差分定位技術(shù)。實時差分定位技術(shù)是利用全球定位系統(tǒng)（GPS）的衛(wèi)星信號，通過兩個或多個接收機接收信號并進行差分計算來減少測量誤差的技術(shù)，消除信號傳輸過程中的一些誤差，如信號延遲、電離層延遲、大氣壓縮、天線多路徑等，從而提高測量的精度和可靠性。實時差分定位技術(shù)是一種高精度的定位技術(shù)，可以實現(xiàn)對礦山地質(zhì)參數(shù)和礦山設(shè)備位置的精準測量和監(jiān)測。在煤礦地質(zhì)測量中，實時差分定位技術(shù)可以應(yīng)用于礦山地質(zhì)勘查，實時差分定位技術(shù)對煤層走向、傾角、厚度等參數(shù)進行高精度測量，為礦山地質(zhì)勘查提供精準的數(shù)據(jù)支持。礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中利用實時差分定位技術(shù)，對地震、巖層移動、煤層冒落等情況加強監(jiān)測，通過對地質(zhì)災(zāi)害的精準監(jiān)測，及時采取措施，保障礦山安全生產(chǎn)。

測量煤層底板、頂板、煤柱等空間位置，實時差分定位技術(shù)可以實現(xiàn)對煤層底板、頂板、煤柱等空間位置的高精度測量，過對參數(shù)測量，對煤礦采掘加強精準控制，保障煤礦生產(chǎn)的安全和高效。對礦山車輛和設(shè)備進行定位和管理，實時差分定位技術(shù)通過對車輛和設(shè)備位置的監(jiān)測，礦山管理人員可以及時掌握礦山生產(chǎn)情況、調(diào)度車輛和設(shè)備，提高煤礦生產(chǎn)的效率和安全性。實時差分定位技術(shù)在地下礦井等復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用更具優(yōu)勢，因為在此類環(huán)境中，傳統(tǒng)的測量方法存在許多局限性，例如，不能在沒有視線的情況下進行測量，精度受到限制等。實時差分定位技術(shù)可以通過多接收機配合、差分糾正等方法，克服這些限制，提高測量的可靠性和精度。

（7）數(shù)字柵格技術(shù)測繪地形圖。數(shù)字柵格技術(shù)是一種測繪地形圖的技術(shù)，其將地形圖劃分成由像素組成的網(wǎng)格，每個像素點上都有對應(yīng)的高程值和顏色值，數(shù)字柵格技術(shù)應(yīng)用可以對地形進行高精度的測量和描述，反映出地形的細節(jié)和地貌的特征。借助數(shù)字柵格技術(shù)測繪地形圖，在獲取數(shù)據(jù)中，獲取地形圖的原始數(shù)據(jù)，可以采用測量或遙感等方法，采取去噪、校正、配準等方式進行數(shù)據(jù)處理，以得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字柵格數(shù)據(jù)，即將地形圖劃分成由像素組成的網(wǎng)格，并為每個像素點標注高程值和顏色值。生成地形圖，根據(jù)數(shù)字柵格數(shù)據(jù)生成地形圖，并進行必要的修正和優(yōu)化，以獲得最終的地形圖。數(shù)字柵格技術(shù)還可以與其他技術(shù)相結(jié)合，如激光雷達掃描技術(shù)和遙感技術(shù)等，提高地形圖的精度和分辨率，為煤礦的管理和規(guī)劃提供更加全面和精細的信息[6]。

3.結(jié)論

綜上所述，數(shù)字化測繪技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用，具有高效、精準、可視化等優(yōu)勢。在數(shù)字化測繪技術(shù)的支持下，煤礦地質(zhì)勘查和開采可以更加高效、精準地進行，降低了勘查成本和風(fēng)險，同時也提高了煤炭資源的利用率。在煤礦地質(zhì)測量中，應(yīng)用數(shù)字化測繪技術(shù)的要點包括選擇合適的數(shù)字化測繪工具、建立數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)庫、進行數(shù)字化測繪技術(shù)培訓(xùn)和提高數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用能力等。