礦山測量數據處理與三維巷道建模方法研究

楊文元

摘 要：文章詳細介紹了當前正廣泛應用的幾種礦山測量和數據處理技術，闡述了各自的原理、方法和優勢，進而論述了礦山數據處理和三維巷道建模之間的關系，也對三維巷道建模的方法和要領進行了剖析，以期為礦山從業者提供一定幫助。

關鍵詞：礦山測量;數據處理;原理;三維;建模

0 引言

礦產資源在我國經濟社會的發展中起著非常重要的作用，是一切工業生產的基礎，而對于礦產資源的合理高效開采來說，礦山地理信息化管理顯得尤為重要，尤其是地下開采的礦井，礦山測量數據的處理和三維巷道建模方法是礦井作業的核心基礎，礦山測量數據的準確與否直接影響整個礦井的開采布置、工藝選取和資源回采率。然而，就我國當前礦山測量相關信息化管理的軟件整體情況來看，常用的方法有航測成圖、原圖處理和地面數值化成圖三種，但大多還是以繪圖為主要功能模塊，三維巷道建模的方式方法尚不完善，測量數據處理和三維巷道建模二者之間沒有很好的融合，功能集成有待進一步加強。

1 礦山測量數據處理

礦山測量是是礦區生產經營的基礎性工作，其工作內容主要是對礦山原始地貌、坐標位置和幾何要素進行測繪與計算，并對礦山開采過程中各分部分項工程、建筑以及各種構筑物（巷道）的幾何關系進行研究的一門技術手段。同時，一方面，根據礦山開采設計規范和要求，對礦山開采施工過程中各項采礦幾何要素進行復核與監督，確保采礦行為合法合規，避免超采、越界開采等違法現象;另一方面，對巖層異動和邊坡穩定性進行定期或不定期的觀測與計算，為安全技術措施和階段性的開采計劃的編制與實施提供依據，確保在滿足安全的前提下盡可能的提高生產經營效率[1]。

當前，數字化技術已廣泛應用于礦山測量領域，有效促進了礦山測量工作質量，提升了測量結果的精準度，主要體現在以下幾個方面：一是突破了傳統測量制圖的局限性，借助于計算機數值仿真手段，可以較全面地在計算機終端上展現礦山地形要素，更為直觀具體，對開采活動的實施更有指導性;二是測量數據處理速度大大提高，能很快的實現測量數據的整合和處理，形成相應的圖紙指導礦山開采工作;三是應用數字化測量技術，可以對各類確定、不確定的因素進行綜合分析判斷，測量結果更具有實用性，應用范圍也更廣，同時還節約了時間、人力成本等[2]。

目前應用在礦山的測量技術主要有以下幾種：

1.1 RS 技術

亦稱遙感技術，包括信息傳輸技術、信息分析技術、傳感器技術及測量技術等組成部分，優勢明顯：測量耗時段;測量精度高;快速成圖;可對礦山周遭的實況開展進行監測。

1.2 GPS 技術

分為監控、空間和用戶三個部分，主要依賴于衛星導航系統，具有靈活性高、可全天候實施的特點，且不易出現測量誤差積累的現象，在礦山地籍測量工作中應用廣泛。

1.3 GIS 技術

亦稱地理信息技術，原理是基于地理空間，結合相關的數學模型，展開計算分析，從而達到數據信息收集、處理、傳遞和使用的功能，建立礦山信息平臺。

1.4 數據處理技術

借助于計算機技術，將通過測量方式采集到的數據信息轉換為圖形、表格、圖表等直觀形式，常用到的工具有CAD、C語言、Visual Basic語言等，同時，使用者也可以根據實際需要，這些軟件實施二次開發，實現更好的展示效果。

1.5 數字化繪圖技術

隨著礦山開采規模的擴大或已開采時間的持續加長，地形地貌、巷道布置等基礎數據信息將變得更加復雜，導致測量工作量也相應增大，對測量的準確度和測量效率均提出了更高的要求，而數字化繪圖技術便具有智能化繪圖功能，可在最短時間內對礦山地形地貌、建筑物布置與施工進度加以詳細呈現，為采掘活動的接續和優化提供了良好基礎。此外，數字化繪圖還不受圖紙尺寸的限制，可方便地進行修改完善[3]。

1.6 三維可視技術

運用數字化成圖軟件，形象地展現礦山空間信息和位置關系，具有很強的既視感，建模方法包括模型構建、粘貼材質和模型渲染三個部分。

2 三維巷道建模技術與方法

首先要明晰礦山測量和礦山巷道三維建模之間的關系，二者之間是相互作用的關系，前者是后者的數據基礎，后者又可讓測量人員更好地掌握礦山內部構造，通過分析以往測量數據，對礦山測量工作的完善起到促進作用，減少測量工作量[4，5]。

三維巷道巷道就是基于測量所獲得的巷道信息數據，借助于三維可視化技術和虛擬仿真技術，建立礦井三維巷道模型，對礦山的可視化和立體化要求可以通過真實的圖像和圖形呈現出來，達到直觀立體和動態觀察的目的。三維巷道的數據模型如圖1所示，可將井下的每條巷道比擬成一條巷道線，節點和巷道線的拓撲關系可以表述為節點是巷道線轉彎點，成像前，導線點、結點及弧段和巷道線構成了三維數據庫的原始信息，任意一條巷道線只有兩個節點，巷道空間的每個點都具有三維坐標，根據設置好的參考坐標基準點，便可得到整條巷道的立體模型，依次類推，便可得到整個礦井三維巷道網絡[6，7]。

需要注意的是，由于礦山巷道的不規整性，而三維建模時是存在對一些次要因素進行理想化處理的現象，這就對礦山測量方法的選擇和測量人員的技術水準提出了較高要求，必要的時候，要采取人工復測的方式對機器測量結果進行驗證、修正，盡可能地降低測量誤差，同時，還要充分考慮井下因長期地應力影響導致的巷道變形等因素，在保證數據可靠性的前提下，最大限度地呈現礦山巷道三維結構。

3 結語

礦山測量數據處理與三維巷道建模是項系統性的技術工作，伴隨著測量技術、計算機技術、圖形圖像處理技術等自動化、信息化技術的快速發展，也給從業者提出了更高的要求，要不斷的去學習研究，加以實踐應用，促進礦山信息化建設。

參考文獻：

[1]賈慶仁，車德福，朱繼文.煤礦巷道三維建模方法設計與系統開發應用[J].礦山測量，2018（4）：1-4.

[2]劉亞靜，王建佳，冉維維.二三維數據一體化在數字井巷工程中的研究與實現[J].礦山測量，2014（3）：59-62.

[3]王國興，劉占秋.礦山測量數據計算程序編制與研究[J].黑龍江科技信息，2013（6）：96-96.

[4]石磊.礦山測量數據處理與三維巷道建模方法分析[J].能源與節能，2017（05）：42-43.

[5]宋修勝，陳薇薇，朱明坤.礦山測量與數據處理技術探析[J].科技傳播，2010（024）：248.

[6]周智勇，陳建宏，湯其旺，等.巷道自動成圖及三維建模[J].測繪科學，2010（04）：184-185+218.

[7]李海霞，賈建華，等.適合礦井巷道特點的三維數據結構研究[J].礦山測量，2000（4）.