礦山測(cè)繪中數(shù)字化測(cè)量信息技術(shù)的應(yīng)用研究

曲國(guó)寶

（內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司礦產(chǎn)資源管理部，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，礦井實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，并為礦山企業(yè)了解其資源儲(chǔ)量和制定開(kāi)采計(jì)劃提供良好的基礎(chǔ)。測(cè)量信息技術(shù)也能應(yīng)用在信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)資源的開(kāi)發(fā)。由于原始的礦山測(cè)繪領(lǐng)域的技術(shù)系統(tǒng)還不完善，用手動(dòng)操作完成測(cè)繪工作。 這種方法與礦企不斷增長(zhǎng)的需求相矛盾。在這樣背景下，礦山測(cè)繪機(jī)構(gòu)應(yīng)采用先進(jìn)的測(cè)繪信息技術(shù)。不斷完善測(cè)量技術(shù)，提高采礦業(yè)的建設(shè)水平，提高煤炭開(kāi)發(fā)的效率。

1 數(shù)字化測(cè)量信息技術(shù)簡(jiǎn)析

它是基于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，在工程測(cè)量工作中，應(yīng)用使全站儀，GIS，GPS等先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，有效地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和制圖的自動(dòng)化。使測(cè)繪工作采集和處理數(shù)據(jù)效率得到了極大的提高。因此，數(shù)字測(cè)量信息技術(shù)的應(yīng)用使傳統(tǒng)的測(cè)繪方法向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型，加速了測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。與傳統(tǒng)的制圖技術(shù)相比，數(shù)字化提供的地形和制圖信息量更加豐富，能更直觀地表示被測(cè)要素的真實(shí)狀態(tài)，并更加準(zhǔn)確地表達(dá)地質(zhì)地形和測(cè)量數(shù)據(jù)。為工程應(yīng)用提供重要參考價(jià)值。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)本身主要用于礦產(chǎn)資源開(kāi)采活動(dòng)，為礦山建設(shè)和采掘接替提供良好的測(cè)繪服務(wù)。由于在煤炭工業(yè)的快速崛起，使得礦企正在逐步向轉(zhuǎn)型發(fā)展。同時(shí)信息時(shí)代的到來(lái)，各種信息技術(shù)已的應(yīng)用為各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了煤炭工業(yè)的現(xiàn)代化，特別是現(xiàn)代化自動(dòng)化測(cè)繪業(yè)的發(fā)展。讓測(cè)繪工程項(xiàng)目更加完善。當(dāng)在測(cè)繪行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，一些專業(yè)的測(cè)繪機(jī)構(gòu)已開(kāi)始能夠靈活使用先進(jìn)的信息技術(shù)來(lái)創(chuàng)建多功能地理信息網(wǎng)站，所有相關(guān)用戶都可以共享到煤炭資源信息，為礦山開(kāi)采參考。在礦企的測(cè)繪勘探過(guò)程中，數(shù)字測(cè)繪技術(shù)已和GPS，計(jì)算機(jī)和全站儀等專業(yè)設(shè)備聯(lián)合使用成為現(xiàn)實(shí)。這些技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用具備自動(dòng)收集有關(guān)礦山信息，輔助設(shè)計(jì)軟件并且能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和交換的功能，有效地自動(dòng)制作地圖。因此，數(shù)字量測(cè)信息技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)量測(cè)與制圖到數(shù)字化測(cè)量的轉(zhuǎn)變。

2 數(shù)字化測(cè)量信息技術(shù)

2.1 GPS測(cè)量技術(shù)

被用于許多公共服務(wù)領(lǐng)域。廣泛應(yīng)用于電子地圖和數(shù)字定位等程序。不僅如此，它還適用于礦山制圖和測(cè)繪行業(yè)。得益于精確的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，能在任何天氣條件下測(cè)量礦區(qū)的地形完成掃描。它具有在諸多領(lǐng)域進(jìn)行合理的分析和數(shù)據(jù)匯總的功能。對(duì)于礦山開(kāi)采過(guò)程中的相關(guān)測(cè)量部門，通過(guò)建立礦場(chǎng)控制網(wǎng)并測(cè)量區(qū)域的塌陷情況。對(duì)建筑物的地理因素的變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。 GPS技術(shù)主要與以原子鐘為核心技術(shù)的衛(wèi)星系統(tǒng)共同作用，并根據(jù)地形進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。通過(guò)將GPS技術(shù)應(yīng)用于礦山開(kāi)采領(lǐng)域，提高礦山開(kāi)采的準(zhǔn)確性，提高礦山開(kāi)采領(lǐng)域的測(cè)量管理水平。

2.2 GIS技術(shù)應(yīng)用

這種技術(shù)曾經(jīng)被稱為第三代地理語(yǔ)言。得益于其強(qiáng)大的中央計(jì)算功能，它能處理詳細(xì)的信息資源數(shù)據(jù)，并將地理位置信息和應(yīng)用方案同時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)匯總信息以及數(shù)字信息技術(shù)的測(cè)量，可以直觀地全面反映地理信息數(shù)據(jù)和情況。目前，它已經(jīng)在礦山開(kāi)采領(lǐng)域得到了廣泛的使用。關(guān)于中心位置和地理信息標(biāo)準(zhǔn)的LBS，數(shù)字點(diǎn)的定位無(wú)法滿足于大多數(shù)礦物開(kāi)采的需求。因此，需要更高級(jí)的GIS技術(shù)更新，以滿足采礦現(xiàn)場(chǎng)的要求。通過(guò)了解GIS 的理論技術(shù)，可以說(shuō)明其在礦山測(cè)繪領(lǐng)域中的重要應(yīng)用價(jià)值。它能夠完成空間信息字的存儲(chǔ)，利用高效的軟件操作流程提高工程測(cè)繪效率。

2.3 全站儀測(cè)量技術(shù)

它是一種電子系統(tǒng)的精密儀器，將光學(xué)原理與電子技術(shù)相結(jié)合，以補(bǔ)充地理信息以及數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用。全站儀也是大型電子測(cè)距設(shè)備。計(jì)算水平角，垂直角等信息，通過(guò)經(jīng)緯度光學(xué)結(jié)構(gòu)象限變換處理信息，然后通過(guò)自動(dòng)和半自動(dòng)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)于礦山大型隧道的建設(shè)具有很高的安全準(zhǔn)確優(yōu)勢(shì)。在施工過(guò)程中全站儀可以移動(dòng)操作的非常方便。其數(shù)據(jù)指令的相互轉(zhuǎn)換能有效改善采礦程序的效果，明顯提高技術(shù)關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)和礦山勘查數(shù)據(jù)的配合程度。有的新功能已添加到持續(xù)的技術(shù)開(kāi)發(fā)中。通過(guò)全站儀，可以精確定位礦山位置的三維坐標(biāo)和方位角數(shù)據(jù)。最重要的是，它在偏心測(cè)量中發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì)作用[1]。

2.4 CGIS技術(shù)

它的原理和特點(diǎn)是用于礦山測(cè)繪的數(shù)字化系統(tǒng)。是一個(gè)全面的設(shè)計(jì)和管理軟件，專門用于處理礦山的勘測(cè)和測(cè)繪數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括三維模型，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng)。

CGIS模塊是一組主要基于礦山的地理特征（主要是與礦山地理相關(guān)的空間特征和屬性）開(kāi)發(fā)的通用空間數(shù)據(jù)模型。該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括測(cè)量和制圖系統(tǒng)、地質(zhì)管理和儲(chǔ)量管理四個(gè)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)和特定功能如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

CGIS系統(tǒng)通過(guò)井下水平控制測(cè)量快速生成且高精度，同時(shí)能統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)。由于地下環(huán)境有限，通常沿車道鋪設(shè)電纜進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)測(cè)量，可以測(cè)量每個(gè)電纜點(diǎn)的平面坐標(biāo)路徑的角度，其長(zhǎng)度和方位角。CGIS系統(tǒng)能自動(dòng)完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)行計(jì)算和校正，根據(jù)這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建空間方向的示意圖，數(shù)據(jù)模型每個(gè)路徑工作面進(jìn)行的勘測(cè)和映射。還可以生成數(shù)據(jù)報(bào)告作為校準(zhǔn)位置的參考。CGIS系統(tǒng)使用高程鏈接測(cè)量確定各個(gè)點(diǎn)的高程，建立統(tǒng)一的水準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 通過(guò)計(jì)算并分析測(cè)繪收集的每個(gè)點(diǎn)的高度，自動(dòng)生成井下示意圖，該示意圖可用于確定隧道和地下站點(diǎn)的垂直位置。總之，CGIS系統(tǒng)可以自動(dòng)分析各種的數(shù)據(jù)，比如原理圖或數(shù)據(jù)報(bào)告等[2]。

3 礦山測(cè)繪中數(shù)字化測(cè)量信息技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 數(shù)字化測(cè)量繪圖技術(shù)

進(jìn)行礦山地質(zhì)勘探的關(guān)鍵是繪制投影圖。選擇使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，測(cè)量工作量大，整體測(cè)量精度低。在測(cè)量過(guò)程中，由于需要記錄各種數(shù)據(jù)信息，因此需要較長(zhǎng)的操作時(shí)間，這與當(dāng)前的快速發(fā)展的現(xiàn)代需要存在矛盾。所以選擇使用數(shù)字測(cè)量技術(shù)能夠地提高測(cè)量智能水平。在特定過(guò)程中，可用的主要技術(shù)是使用3D成像技術(shù)。它可以整體控制礦山表面地形區(qū)域。測(cè)量過(guò)程中，都需要加強(qiáng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的測(cè)量。使用三維鏡像技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)結(jié)合使數(shù)據(jù)處理得以虛擬實(shí)體化。從多角度讓測(cè)量對(duì)象可創(chuàng)建3D虛擬現(xiàn)實(shí)情景，該效果可以直觀地呈現(xiàn)給技術(shù)人員，有助于管理技術(shù)人員全面理解地質(zhì)地貌，這對(duì)礦企業(yè)而言非常重要。可能更科學(xué)的制定采礦計(jì)劃。

3.2 礦山開(kāi)采場(chǎng)地控制測(cè)量的應(yīng)用

針對(duì)礦山的一般場(chǎng)地測(cè)量。測(cè)量的主要內(nèi)容有：規(guī)劃區(qū)域和相關(guān)的已建設(shè)施等。在具體的測(cè)量過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員使用全站儀和計(jì)算機(jī)的結(jié)合，在獲取到測(cè)量數(shù)據(jù)后，根據(jù)對(duì)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)中包含的信息進(jìn)行屬性分析，測(cè)量應(yīng)用軟件相配合。使用相對(duì)大量的Southern CASS和其他類似的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行地圖的繪制。特定地點(diǎn)的的測(cè)量工作，應(yīng)采取特定的措施來(lái)全面提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。

3.3 場(chǎng)地控制測(cè)量的應(yīng)用

礦山條件相對(duì)復(fù)雜，尤其我國(guó)北方。許多礦企進(jìn)入了深部開(kāi)采階段。整體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，地形也不平坦。這種礦山大多數(shù)位于山區(qū)，控制開(kāi)采場(chǎng)地的測(cè)量工作比較困難。在這種情況下，選擇使用GPS系統(tǒng)來(lái)可以更好地解決問(wèn)題。勘測(cè)過(guò)程中，在勘測(cè)區(qū)域中布置測(cè)量點(diǎn)，可以選擇GPS系統(tǒng)精確控制測(cè)量點(diǎn)的高程，全面提高測(cè)量的精度。同樣，可以把最后一個(gè)GPS測(cè)量點(diǎn)當(dāng)基點(diǎn)，并逐漸覆蓋開(kāi)采場(chǎng)地內(nèi)的所有測(cè)量點(diǎn)。

3.4 地下礦山測(cè)量中的應(yīng)用

地下勘測(cè)是礦山測(cè)量的重點(diǎn)，對(duì)全面提高地下地形水平至關(guān)重要。 選擇使用防爆數(shù)字全站儀進(jìn)行測(cè)量。將精度設(shè)為30＂，水平設(shè)置為15＂，用閉合導(dǎo)線法來(lái)完井下測(cè)量工作。同時(shí)對(duì)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了必要的控制措施，并根據(jù)井下際情況制定了科學(xué)的控制方案。草圖繪制過(guò)程中，通過(guò)獲取草圖可促進(jìn)井下測(cè)量的高質(zhì)量完成，提高結(jié)果的科學(xué)性[4]。

3.5 調(diào)查數(shù)據(jù)和結(jié)果收集

在對(duì)地形進(jìn)行一系列測(cè)量和繪制地圖之后，應(yīng)收集和匯編信息和圖紙。數(shù)據(jù)信息可以反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，并繪制圖形。如果有豐富的調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，就能清楚地驗(yàn)證其重要性的作用。在其特定空間設(shè)計(jì)中，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化測(cè)量，并可以通過(guò)分析不同的條件制定科學(xué)的測(cè)量計(jì)劃。在數(shù)字地形和制圖過(guò)程中，要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化，完善從地下測(cè)量中獲得數(shù)據(jù)。要以圖像，報(bào)告和數(shù)據(jù)的形式編寫地形報(bào)告和制圖。通過(guò)先進(jìn)信息測(cè)繪技術(shù)的計(jì)算測(cè)量的結(jié)果，把全面的數(shù)字集成和綜合的信息匯總，為礦企制定了重要而安全的施工計(jì)劃[5]。

3.6 CGIS在礦山地質(zhì)測(cè)繪中應(yīng)用

3.6.1 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處置

礦山的地形圖生成的測(cè)量數(shù)據(jù)是礦產(chǎn)資源開(kāi)采的重要依據(jù)，應(yīng)妥善管理和存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)可視化。 CGIS系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)建防止數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)勘測(cè)和制圖收集的信息進(jìn)行管理和存儲(chǔ)。它的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊包括諸如數(shù)據(jù)輸入、處理、報(bào)告和查詢等功能。可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地查看和搜索。

3.6.2 圖形創(chuàng)建和存儲(chǔ)

CGIS集成了強(qiáng)大的圖形創(chuàng)建軟件，該軟件使用測(cè)量出來(lái)的的地形數(shù)據(jù)自動(dòng)創(chuàng)建隧道或工作面的平、剖面圖。把空間數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到整個(gè)路徑而獲得的測(cè)量系統(tǒng)中。可以隨時(shí)通過(guò)CGIS軟件查看和調(diào)用圖表，或是查看和使用相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告。這方法非常直觀有效[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)測(cè)量制圖技術(shù)相比，使用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算和繪圖具有更強(qiáng)的空間分析和處理能力。 它不僅可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，還原復(fù)雜的地下地理空間樣貌，還可以以創(chuàng)建非常直觀的立體圖形，將復(fù)雜的圖形元素轉(zhuǎn)換為可以直接共享和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 綜上所述，數(shù)字測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高礦企的測(cè)繪效率，提高測(cè)繪的精度，為礦產(chǎn)資源開(kāi)采提供更好的保障。