現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用研究

劉文明，宋林澎

（錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026300）

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，隨著社會(huì)的發(fā)展，測繪技術(shù)水平不斷提高，這促進(jìn)了礦山測量工作質(zhì)量及效率的提升。礦山測量這項(xiàng)工作貫穿于礦山開發(fā)全生命周期，在礦山地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)開采、礦山建設(shè)、礦山運(yùn)營、礦山報(bào)廢等各個(gè)階段，都需要工作人員應(yīng)用現(xiàn)代化測繪技術(shù)，全面掌握礦山信息，發(fā)覺、控制危險(xiǎn)因素，確保礦山開發(fā)運(yùn)營的安全性與生態(tài)性[1]。在以往，礦山測量全部由技術(shù)人員手動(dòng)測量，數(shù)據(jù)獲取、計(jì)算效率均較低，數(shù)據(jù)精度得不到保障，隨著RS技術(shù)、GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、全站儀、無人機(jī)遙感技術(shù)等現(xiàn)代化測繪技術(shù)的引進(jìn)，礦山測量工作模式發(fā)生變化，礦山測量工作的技術(shù)含量全面提升，推動(dòng)著這項(xiàng)工作的自動(dòng)化、高精度發(fā)展，為礦山開發(fā)建設(shè)提供了可靠的信息支持。由此可見，本文圍繞“現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用”進(jìn)行分析研究價(jià)值意義顯著。

1 現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

現(xiàn)代測繪技術(shù)作為先進(jìn)、科學(xué)的技術(shù)手段，在礦山測量工作中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。總結(jié)起來，具體在以下方面。

1.1 功能全面化

在傳統(tǒng)的礦山測量工作模式中，由于技術(shù)手段落后，主要依靠人工測量，由技術(shù)人員手持水準(zhǔn)儀、光學(xué)經(jīng)緯儀等儀器，測量、讀取、記錄數(shù)據(jù)，再進(jìn)行計(jì)算及繪圖工作。在這樣的工作模式下，人為主觀因素對(duì)于結(jié)果的影響極大，測量誤差大，觀測質(zhì)量低，為了有效控制誤差，需應(yīng)用測量平差知識(shí)來計(jì)算誤差，工序繁雜。礦區(qū)地形條件復(fù)雜，大型儀器設(shè)備難以運(yùn)輸?shù)侥康牡兀覝y量工作量大，人工測量效率低，難以為礦山開發(fā)提供有效的數(shù)據(jù)支持。

現(xiàn)代測繪技術(shù)不僅配備了高科技測量儀器，而且集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代化科技，集數(shù)據(jù)采集、輸入、成圖、輸出、管理功能于一體，測量精度高，工作高效便捷，所獲取的數(shù)據(jù)能夠直接輸入計(jì)算機(jī)軟件繪制成地形圖，甚至構(gòu)建相應(yīng)的三維立體模型[2]。

1.2 自動(dòng)化水平高

傳統(tǒng)的礦山測量技術(shù)，耗時(shí)耗力，需要技術(shù)人員手持設(shè)備展開測量，數(shù)據(jù)讀取、記錄、計(jì)算、繪圖等工作，全部為手工作業(yè)，工作效率較低，人力成本高。引進(jìn)現(xiàn)代測繪技術(shù)后，礦山測量工作面貌發(fā)生改變，在應(yīng)用GPS技術(shù)、全站性電子測速儀、數(shù)字?jǐn)z影測量儀、電子經(jīng)緯儀等測量儀器時(shí)，技術(shù)人員只需將設(shè)備組裝安裝好，即可進(jìn)行觀測，獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)，而且這些儀器均裝配了外界輸入、輸出設(shè)備，數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)交氐挠?jì)算機(jī)中，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、檢核，大大減少人工作業(yè)量，簡化工作流程，提升工作效率，降低了人工作業(yè)成本。現(xiàn)代化礦山測量自動(dòng)化水平高，許多繁復(fù)的作業(yè)都無需人工完成，這大大減少了人為作業(yè)失誤的可能，保障了作業(yè)成效。

1.3 顯示方法多樣化

礦山測量的工作成果，是數(shù)字化圖像、礦山地形地貌圖等，在以往，測繪人員采集獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后，需在白紙上，繪制出相關(guān)圖像，由于缺乏制圖標(biāo)準(zhǔn)及制圖過程中遺漏細(xì)節(jié)等因素，質(zhì)量得不到保障，且制圖周期長，紙質(zhì)地圖無法長期保存使用，數(shù)據(jù)無法及時(shí)更新，問題比較多。隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展與引進(jìn)，測量儀器所獲取的數(shù)據(jù)能夠直接導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，由制圖軟件自動(dòng)完成地形圖繪制工作，并且隨著觀測數(shù)據(jù)變化不斷更新圖紙，工作人員可以根據(jù)礦山開發(fā)需要調(diào)取數(shù)據(jù)和地形圖，作出科學(xué)決策，確保礦山開采安全。在現(xiàn)代測繪技術(shù)體系中，礦山測量成果顯示方法增加，逐步跳脫出二維圖像的框架。無人機(jī)可以攜帶彩色數(shù)字?jǐn)z影機(jī)等高精密型數(shù)碼成像式器材，獲取目標(biāo)區(qū)域清晰的全方位數(shù)字正攝像圖，近景航拍精度可達(dá)亞米級(jí)，且所獲取的影像可直接在系統(tǒng)中處理好，提取出詳細(xì)精準(zhǔn)的DOM數(shù)據(jù)，應(yīng)用Arcmap軟件，可直接進(jìn)行平面測量，應(yīng)用smart3D軟件，可構(gòu)建測繪區(qū)域的三維地形地貌圖，直觀展示測區(qū)地形[3]。

2 現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山測量中的具體應(yīng)用分析

如前所述，對(duì)現(xiàn)代測繪技術(shù)在礦山測量工作中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有了一定程度的了解。而從礦山測量工作效率及質(zhì)量提升角度考慮，還有必要掌握現(xiàn)代測繪技術(shù)的具體應(yīng)用要點(diǎn)。總結(jié)起來，具體應(yīng)用要點(diǎn)如下。

2.1 GPS技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（GPS技術(shù)）是一種可全天候測定距離的空間交會(huì)定點(diǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備三部分組成，可借助于空中衛(wèi)星，來獲取地標(biāo)物的精準(zhǔn)三維定位數(shù)據(jù)，具有定位精度高、觀測時(shí)間短、自動(dòng)化水平高、全球全天候觀測的優(yōu)勢(shì)。GPS測繪技術(shù)的原理為距離交會(huì)法，在這項(xiàng)方法中，需知曉兩個(gè)已知點(diǎn)位，并將其作為中心點(diǎn)，分別以該點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)距離作為半徑畫圓，借助兩個(gè)圓的交點(diǎn)來測量目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測繪精度高。當(dāng)前，隨著載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)（Real-time kinematic,RTK）的研發(fā)應(yīng)用，能夠自動(dòng)生成差分觀測值，實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)物的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)定位[4]。當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于煤礦控制測量中，可實(shí)現(xiàn)全天候礦山監(jiān)測，獲取即時(shí)、準(zhǔn)確礦山信息，能夠?yàn)榈V產(chǎn)開采提供決策支持；應(yīng)用于采場日常驗(yàn)收測量中，可獲取礦山開采面的相關(guān)信息，計(jì)算出各個(gè)時(shí)間段的煤礦開采量，繪制出工作掌子面平面圖；應(yīng)用于礦區(qū)工程測量中，進(jìn)行出入溝放樣、爆破孔標(biāo)定、采礦技術(shù)界限標(biāo)定和邊坡界限移動(dòng)監(jiān)測等工作，切實(shí)保障礦山生產(chǎn)安全。如下圖1所示，為礦山測繪工作中GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用流程圖。

圖1 GPS-RTK測繪技術(shù)應(yīng)用流程圖

2.2 無人機(jī)遙感技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

無人機(jī)（unmanned aerial vehicle,UAV），即無人駕駛飛機(jī)，無人機(jī)遙感技術(shù)是利用無線電遙控設(shè)備及加載好的程序控制裝置獲取測繪信息的一項(xiàng)技術(shù)。從系統(tǒng)框架上來說，無人機(jī)遙感技術(shù)系統(tǒng)主要由無人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、攝影傳感器、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、汽車運(yùn)輸設(shè)備及地面控制系統(tǒng)等部分組成。無人機(jī)靈活度高，飛行需求條件小，可控性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，只需根據(jù)測繪要求，設(shè)計(jì)好飛行航線，遠(yuǎn)程操控，設(shè)備便可隨時(shí)起飛降落，深入地形險(xiǎn)峻地段測繪，工作效率高，每周可監(jiān)測面積達(dá)到了2100平方公里，可從垂直及傾斜等多個(gè)角度采集遙感影像，近景航拍精度可達(dá)亞米級(jí)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及精準(zhǔn)度較高。當(dāng)前，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于礦山數(shù)字化建設(shè)、礦產(chǎn)資源保護(hù)與利用監(jiān)測、礦山環(huán)境治理及恢復(fù)監(jiān)測等工作中。

2.3 全站儀在礦山測量中的應(yīng)用

全站儀全稱為全站型電子測距儀（Electronic Total Station），是一種融合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、光學(xué)測繪技術(shù)、電子信息技術(shù)的測繪儀器系統(tǒng)，具備多種功能，應(yīng)用這一技術(shù)，可測量獲取目標(biāo)物的斜距、平距、高差、垂直角及水平角等數(shù)據(jù)。在以往，應(yīng)用光學(xué)經(jīng)緯儀展開礦山測量，需人工光學(xué)測微讀數(shù)，改用電子經(jīng)緯儀之后，由于設(shè)備中采用了光電掃描度盤，能夠自動(dòng)顯示讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，自動(dòng)化程度顯著提升，只需安置一次儀器，就能完成該測站中的所有測量工作。礦山地質(zhì)情況復(fù)雜，應(yīng)用全站儀，可實(shí)現(xiàn)高效化、精確化測量，大大提升礦山測量工作水平，當(dāng)前，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用項(xiàng)目主要有：①井上礦山工程測量，具體包括工程放樣測量、懸高測量、露天礦開采工程測量等方面，借助于全站儀的免棱鏡測量功能，能夠免除棱鏡對(duì)于作業(yè)環(huán)境的要求限制，適應(yīng)于各類復(fù)雜環(huán)境，且數(shù)據(jù)精度有保障，工作效率高；②井下礦山工程測量，具體包括豎井定向、工程放樣測量、斜井及中段平巷施工控制測量等項(xiàng)目，能夠全面獲取井下工程建設(shè)參考數(shù)據(jù)，制定科學(xué)作業(yè)方案，為礦產(chǎn)開采人員創(chuàng)設(shè)安全作業(yè)環(huán)境。

2.4 三維激光技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

三維激光技術(shù)是一種基于光學(xué)原理測量目標(biāo)物三維空間信息的技術(shù)，其技術(shù)設(shè)備主要為三維激光掃描儀、電源供應(yīng)系統(tǒng)、支架、計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)配套軟件，可根據(jù)測繪需求，掃描獲取目標(biāo)物表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，測繪效率高，操作簡便，測量范圍廣，數(shù)據(jù)精度高，可迅速、大量采集空間點(diǎn)位信息，被廣泛應(yīng)用于土木工程、歷史文物保護(hù)、建筑監(jiān)測、災(zāi)害評(píng)估及礦山測量等多個(gè)領(lǐng)域。礦山測量易受環(huán)境限制，而三維激光技術(shù)適用范圍廣，常用于工作環(huán)境受限的區(qū)域，比如說井筒、煤礦井架等區(qū)域。當(dāng)前，常應(yīng)用三維激光技術(shù)，檢測礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境，獲取該區(qū)域的三維空間信息，以及地質(zhì)剖面的測繪信息，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地表移動(dòng)及變形情況的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測，或者應(yīng)用于煤礦巷道測繪中，獲取煤礦井架、井筒等區(qū)域的信息，為巷道掘進(jìn)、煤礦開采提供準(zhǔn)確可靠的信息依據(jù)，或者應(yīng)用于露天礦測量中，三維激光技術(shù)的測量精確度極高，完全能夠達(dá)到礦山測量中，定位中誤差需小于0.10m，高程中誤差需小于0.07m的要求，能夠準(zhǔn)確獲取露天礦邊坡移動(dòng)信息，評(píng)估邊坡穩(wěn)定性[5]。

3 結(jié)語

我國國土廣闊，擁有眾多自然資源，但由于人口數(shù)量也比較多，人均占有資源有限，遠(yuǎn)低于世界平均水平，為了滿足社會(huì)需求，我國礦產(chǎn)開采量在不斷擴(kuò)大，礦山開采工作范圍及效率不斷提升，為了全面開發(fā)出礦山中的資源，同時(shí)保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，相關(guān)單位必須做好礦山測量工作，掌握礦產(chǎn)分布情況，明確影響到礦產(chǎn)開采的環(huán)境因素，制定科學(xué)合理策略，確保礦產(chǎn)開采的安全性與高效性。在礦產(chǎn)開采過程中，會(huì)破壞礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)大面積沉降，周邊建筑物及基礎(chǔ)設(shè)施被破壞，威脅周邊居民人身財(cái)產(chǎn)安全，風(fēng)險(xiǎn)極高。在礦山測量中應(yīng)用現(xiàn)代測繪技術(shù)，構(gòu)建起一個(gè)覆蓋礦區(qū)的地質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)，能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測礦產(chǎn)開采及周邊地形地貌變化，作出合理應(yīng)對(duì)，采取支護(hù)、保護(hù)措施，確保礦區(qū)地質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)安全、高效作業(yè)。