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

周鵬

江西漂塘鎢業(yè)有限公司 江西 贛州 341500

引言

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，在此條件下衍生了越來(lái)越多的新技術(shù)，特別是測(cè)繪領(lǐng)域，出現(xiàn)了很多數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，形成了現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)體系，對(duì)提高測(cè)繪效率、保障測(cè)繪精度具有重要的意義?，F(xiàn)階段數(shù)字化測(cè)量技術(shù)逐步被應(yīng)用到了更多領(lǐng)域，在礦山測(cè)量中對(duì)測(cè)量技術(shù)有嚴(yán)格規(guī)定，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)在當(dāng)下暴露了諸多問(wèn)題，為通過(guò)測(cè)量輔助生產(chǎn)作業(yè)，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)必不可少。

1 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)概述

近年來(lái)在許多行業(yè)與領(lǐng)域內(nèi)都需應(yīng)用測(cè)量技術(shù)，特別是礦山行業(yè)內(nèi)，因?yàn)槠滟Y源分布復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境決定了在開(kāi)采作業(yè)中面臨諸多限制，為提高開(kāi)采效率與作業(yè)水平，相關(guān)人員需結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇測(cè)量技術(shù)，獲得完整且準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)雖能獲取現(xiàn)場(chǎng)的諸多信息，但因?yàn)榧夹g(shù)相對(duì)落后，效率偏低且常受現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)的限制，在當(dāng)下暴露了一系列問(wèn)題。技術(shù)進(jìn)步的過(guò)程中，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)廣受人們的歡迎，其技術(shù)中融合了計(jì)算機(jī)、通信等多種現(xiàn)代技術(shù)，不僅能高效獲取相對(duì)完整和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，還能根據(jù)需求合理處理數(shù)據(jù)，從海量的數(shù)據(jù)中提取出更為有效的數(shù)據(jù)，發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值。當(dāng)下的行業(yè)發(fā)展中，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)逐步取代了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，對(duì)保障礦山安全、高效作業(yè)具有重要意義。目前數(shù)字化測(cè)量技術(shù)具有多樣性，應(yīng)用范圍廣、頻次高的技術(shù)有數(shù)字化繪圖、光電測(cè)量、全自動(dòng)測(cè)量、空間信息技術(shù)等，利用這些技術(shù)時(shí)，需建立完善的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)包含采集、調(diào)度、功能、包裝、核心子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有各自的功能，在相互配合下能實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并同步完成相應(yīng)的處理，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)量全過(guò)程[1]。

2 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

礦產(chǎn)資源的種類(lèi)繁多、開(kāi)采難度大，作為不可再生資源，在目前行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的過(guò)程中，相關(guān)企業(yè)在開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源時(shí)不僅需追求自身的經(jīng)濟(jì)效益，同樣需關(guān)注環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展，同步做好資源保護(hù)、環(huán)境修復(fù)。為達(dá)到這一目標(biāo)，企業(yè)在礦山資源開(kāi)發(fā)中需立足現(xiàn)場(chǎng)情況，制定最優(yōu)的開(kāi)采計(jì)劃，合理安排作業(yè)進(jìn)度。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)能為礦山作業(yè)提供技術(shù)支持，如三維數(shù)字技術(shù)下相關(guān)人員能全方位把控礦山數(shù)據(jù)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)預(yù)警并制定解決措施。另外，在礦山作業(yè)中的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，同樣能高效整合不同類(lèi)型、來(lái)源的數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)算法建立模型，在模型內(nèi)集成數(shù)據(jù)并直觀還原礦山現(xiàn)場(chǎng)情況，清晰還原地形地貌、外部環(huán)境、資源分布情形，將這些結(jié)果作為礦山開(kāi)采的參考。

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

3.1 RTK測(cè)量技術(shù)

RTK測(cè)量技術(shù)具有數(shù)字化特點(diǎn)，該技術(shù)是GPS技術(shù)的延伸，合理應(yīng)用該技術(shù)能獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，一般利用載波相位實(shí)時(shí)差分技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量目標(biāo)。近年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，RTK技術(shù)的應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大，如礦山作業(yè)、水利工程等。礦山測(cè)量中如采用RTK技術(shù)，相關(guān)人員需結(jié)合實(shí)際情況建立數(shù)據(jù)搜集基準(zhǔn)站，將整理得到的數(shù)據(jù)以電磁信號(hào)的方式發(fā)送到移動(dòng)站，移動(dòng)站接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，再進(jìn)一步傳輸數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，最后由專(zhuān)業(yè)軟件獲取最終結(jié)果[2]。我國(guó)當(dāng)下的RTK技術(shù)，精度較高，為發(fā)揮此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員需確保參照站及其匹配的流動(dòng)接收站轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)據(jù)符合高度一致性規(guī)定，為此，在前期的工作中相關(guān)人員應(yīng)全面檢查流動(dòng)站，及時(shí)處理流動(dòng)站的問(wèn)題，并完成數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)一化處理。

3.2 三維可視化技術(shù)

礦山測(cè)量中的三維可視化技術(shù)，實(shí)際上是一種數(shù)據(jù)表示技術(shù)，該技術(shù)下可將礦山現(xiàn)場(chǎng)情況以三維方式呈現(xiàn)出來(lái)。礦山勘查期間，合理應(yīng)用三維可視化技術(shù)能構(gòu)建三維空間，模擬與礦山地面、地下相關(guān)的地質(zhì)情況，使測(cè)量人員以此為基準(zhǔn)，制定開(kāi)采作業(yè)方案。礦山測(cè)量中利用三維可視化技術(shù)時(shí)需著重關(guān)注以下方面：采集數(shù)據(jù)信息，為獲得完整且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，相關(guān)人員需開(kāi)展一系列輔助工作，掃描礦山地質(zhì)，選定作業(yè)位置和入口點(diǎn)；綜合處理各類(lèi)數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到完整且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)后，有關(guān)人員需利用專(zhuān)業(yè)軟件或工具編輯、拼接數(shù)據(jù)，再由軟件消除掃描時(shí)獲取的無(wú)效圖像噪聲，剔除無(wú)用數(shù)據(jù)；建立完善的礦山測(cè)量管理平臺(tái)，在該平臺(tái)內(nèi)包含多個(gè)模塊，集成全部數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)檢查現(xiàn)場(chǎng)情況、查看作業(yè)過(guò)程。

3.2.1 數(shù)據(jù)全方位采集。礦山測(cè)量中應(yīng)用三維可視化技術(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)采集為首要任務(wù)，具體的工作中需配備特定的三維激光掃描設(shè)備，由該設(shè)備掃描礦山作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的全貌，獲取當(dāng)下礦產(chǎn)資源分布、開(kāi)采、邊坡等數(shù)據(jù)。

3.2.2 數(shù)據(jù)快速處理。前期采集到礦山數(shù)據(jù)后，各類(lèi)數(shù)據(jù)直接被上傳到專(zhuān)有軟件，在該軟件內(nèi)集成和處理這些數(shù)據(jù)，最后利用這些數(shù)據(jù)完成三維建模。建模過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)精度有嚴(yán)格要求，為此，在處理數(shù)據(jù)時(shí)需合理利用軟件的篩選功能，過(guò)濾其中的無(wú)效數(shù)據(jù)，之后采用Maya、3DMax等常用軟件進(jìn)行建模，生成礦山作業(yè)中井巷、機(jī)械設(shè)備的三維圖像，方便相關(guān)人員掌握礦山作業(yè)的完整情況[3]。

3.2.3 構(gòu)建三維系統(tǒng)平臺(tái)。利用三維可視化技術(shù)時(shí)有關(guān)人員也需借助現(xiàn)代技術(shù)構(gòu)建三維系統(tǒng)平臺(tái)，該平臺(tái)能為數(shù)據(jù)的集成、傳輸提供便捷，數(shù)據(jù)共享速率高，能發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，減小地形地質(zhì)等的干擾，幫助相關(guān)人員從更為專(zhuān)業(yè)、全面的角度把握地質(zhì)狀況，完成前期的調(diào)查、規(guī)劃任務(wù)。三維系統(tǒng)平臺(tái)中能自動(dòng)建立地質(zhì)模型，主要指的是：①開(kāi)放的數(shù)字地形模型，很多情況下被稱(chēng)為表面模型，集成各種信息后所建立的此模型，相當(dāng)于不封閉、類(lèi)似層狀的表面實(shí)體，以地表、斷層建模為典型代表；②線(xiàn)框?qū)嶓w模型，為封閉的空間實(shí)體或者空心體，比較典型的是礦體和巖體的建模。對(duì)絕大多數(shù)的建模軟件而言，實(shí)體模型與表面模型的建模原理和過(guò)程高度一致，具體的建模過(guò)程中需合理引入可視化技術(shù)。三維實(shí)體模型的復(fù)雜性更高，因?yàn)槠涓鼮榻咏挛镌?，在建模時(shí)可視化技術(shù)還需與其他技術(shù)相融合，以提高建模質(zhì)量。表面模型由若干不封閉曲線(xiàn)或直線(xiàn)構(gòu)成，僅為一個(gè)表面；實(shí)體模型為多條封閉曲線(xiàn)構(gòu)成，封閉性為其主要特點(diǎn)。礦山測(cè)量中的一大任務(wù)就是要利用數(shù)字化技術(shù)建立地質(zhì)模型，在該模型中呈現(xiàn)礦山真實(shí)情況，以這些為基準(zhǔn)制定開(kāi)采方案。

3.3 空間信息技術(shù)

礦山測(cè)量中的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，也包含空間信息技術(shù)，其技術(shù)類(lèi)型相對(duì)多樣，每種空間信息技術(shù)既可單獨(dú)使用，也能與其他技術(shù)相結(jié)合。

3.3.1 全球定位技術(shù)。全球定位技術(shù)在我國(guó)乃至世界都有相對(duì)突出的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍廣且效果理想，通過(guò)建立全球定位系統(tǒng)，能自動(dòng)采集用戶(hù)、地面和空間的位置信息，并實(shí)時(shí)監(jiān)控。依據(jù)全球定位的定位原理，衛(wèi)星有不可替代的作用，借助衛(wèi)星能保障定位精度[4]。礦山測(cè)量中應(yīng)用全球定位技術(shù)時(shí)，為獲取相對(duì)可用的結(jié)果，相關(guān)人員需合理控制基線(xiàn)長(zhǎng)度，并依據(jù)礦山現(xiàn)場(chǎng)的情況，選定固定測(cè)量基點(diǎn)，依據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算三維無(wú)約數(shù)平差，得到平差值。

3.3.2 數(shù)字遙感技術(shù)。數(shù)字遙感技術(shù)也屬于數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，利用該技術(shù)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，采用的是電磁波原理，在掃描與攝影下能獲取被測(cè)區(qū)域內(nèi)完整且清晰的圖像，再經(jīng)由信息傳輸與處理過(guò)程，借助傳感器技術(shù)等得到處理后的圖像，此測(cè)量圖形的分辨率較高。另外，測(cè)量過(guò)程中所獲得的結(jié)果能直接被上傳到礦山測(cè)量中心，再由遙感技術(shù)自動(dòng)識(shí)別地表地物，完成監(jiān)測(cè)。

3.3.3 地理信息技術(shù)。地理信息技術(shù)在地理空間測(cè)量方面具有不可替代的作用，具體應(yīng)用該技術(shù)時(shí)相關(guān)人員需分析現(xiàn)有的地理模型，并篩選已有的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)模型與數(shù)據(jù)來(lái)獲取礦山被測(cè)區(qū)域內(nèi)在一段時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化。為在礦山測(cè)量中發(fā)揮地理信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員需建立礦區(qū)地理信息系統(tǒng)，構(gòu)成礦山資源環(huán)境信息平臺(tái)，建立系統(tǒng)和平臺(tái)之間的聯(lián)系，促進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸與共享。

4 礦山測(cè)量中數(shù)字化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用途徑

4.1 應(yīng)用于礦山開(kāi)發(fā)與布局規(guī)劃

礦山測(cè)量的復(fù)雜性高、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，為有效保障相關(guān)工作的高效開(kāi)展，有關(guān)人員在前期需利用既有數(shù)據(jù)完成規(guī)劃工作。具體的工作中有關(guān)人員需合理應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，獲取礦區(qū)內(nèi)的各類(lèi)數(shù)據(jù)并從專(zhuān)業(yè)化角度處理數(shù)據(jù)，掌握礦山中每一重點(diǎn)區(qū)域的坐標(biāo)信息，構(gòu)建三維立體化模型，在該模型中清晰還原礦山現(xiàn)場(chǎng)的各種情況。礦山企業(yè)在布局與規(guī)劃工作中，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)能提供技術(shù)保障與數(shù)據(jù)支持，有關(guān)人員能根據(jù)礦區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，在數(shù)字化測(cè)量下獲取測(cè)區(qū)的氣候環(huán)境、通視信息，整合全部數(shù)據(jù)評(píng)估礦區(qū)周邊環(huán)境，在這些基礎(chǔ)上制定最佳的開(kāi)發(fā)與布局規(guī)劃方案。

4.2 應(yīng)用于礦山地形測(cè)量與控制測(cè)量

現(xiàn)階段的礦山測(cè)量工作中，對(duì)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的依賴(lài)性顯著增大，通過(guò)合理應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，能大大提高測(cè)量效率，獲得更為完整的測(cè)繪數(shù)據(jù)。由于礦山現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，為便于相關(guān)工作的開(kāi)展，有關(guān)人員需利用可視化技術(shù)采集特定點(diǎn)位空間的三維坐標(biāo)，在獲取了空間坐標(biāo)后再進(jìn)入建模階段，通過(guò)模型效果分析礦山的地形地貌、水文情況。目前的技術(shù)條件下，礦山測(cè)量中可采用的現(xiàn)代化技術(shù)越發(fā)多樣，為構(gòu)建數(shù)字化測(cè)量體系，有關(guān)人員需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況合理配備專(zhuān)業(yè)化儀器與設(shè)備，如全站儀，測(cè)量工作中能發(fā)揮儀器和設(shè)備的功能優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)我國(guó)邁入了信息時(shí)代，在該時(shí)代下的有關(guān)測(cè)量技術(shù)能完成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，如將GPS與RTK相結(jié)合，可提升測(cè)量效率，保障測(cè)量便捷性，獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)可用于礦山日常測(cè)繪，輔助相關(guān)人員制定礦山開(kāi)采方案。

礦山工作中往往需進(jìn)行各種測(cè)量任務(wù)，如高程與平面控制測(cè)量，在這些測(cè)量工作中為獲取完整和準(zhǔn)確的結(jié)果，也必須合理利用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)。比如，以高程控制測(cè)量為例，為克服不利因素的干擾，有關(guān)人員需配備數(shù)字水準(zhǔn)儀，不僅能采集現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，還能自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)處理后的結(jié)果，最后通過(guò)固定公式可得到高程平差，整個(gè)過(guò)程中的操作簡(jiǎn)單，能減少人工工作量[5]。另外，在礦山作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還需引入靜態(tài)GPS技術(shù)測(cè)量平面控制情形，再由專(zhuān)業(yè)解算軟件完成數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，構(gòu)建與礦山情況相符合的平差模型。

4.3 應(yīng)用于礦山生產(chǎn)管理與安全管理

礦產(chǎn)資源的賦存條件決定了在礦山作業(yè)中常常面臨諸多的安全風(fēng)險(xiǎn)。為減少安全事故，相關(guān)人員在礦山作業(yè)中也需合理利用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，采集和整合各類(lèi)數(shù)據(jù)，幫助相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)礦山區(qū)域或者作業(yè)過(guò)程中的安全隱患，提前制定最佳的工作策略。另外，在礦山企業(yè)的常態(tài)化安全工作中，也需要利用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，因?yàn)樵谠摷夹g(shù)下能動(dòng)態(tài)監(jiān)控開(kāi)采作業(yè)的全過(guò)程，再經(jīng)由數(shù)字化共享平臺(tái)向有關(guān)崗位人員展示采集的信息，幫助相關(guān)人員全面把握各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)在安全管理中存在的漏洞，及時(shí)調(diào)整工作方向，并制定防護(hù)策略，為礦山作業(yè)人員提供安全環(huán)境。

5 結(jié)束語(yǔ)

礦山企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的過(guò)程中，為促進(jìn)開(kāi)采工作的高效開(kāi)展，相關(guān)人員必須結(jié)合實(shí)際情況合理完成礦山測(cè)量任務(wù)，并規(guī)范使用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，發(fā)揮此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，獲取高質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果，以測(cè)量數(shù)據(jù)為前提組織礦山作業(yè)。未來(lái)有關(guān)人員需持續(xù)研究數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，保持技術(shù)的多樣性和先進(jìn)性。