測繪新技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用及發(fā)展研究

陳浩

（吉利百礦集團有限公司六龍煤礦，廣西 百色 553400）

0 引言

近年來，科技水平不斷提高，在技術(shù)應(yīng)用方面有了更多的技術(shù)選擇和支持，促使礦山測量作業(yè)高效化開展。測量作業(yè)時會因為周圍的環(huán)境和特殊狀況，使得技術(shù)的應(yīng)用受到影響。為保障測繪測量作業(yè)達到要求，需綜合應(yīng)用各類技術(shù)手段，彌補單一測繪技術(shù)的不足。除此之外，積極推廣測繪新技術(shù)，利用技術(shù)的輔助功能，高效開展測量作業(yè)，獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息，為礦山建設(shè)和管理提供支持。

1 礦山測量的基本要求

礦山測量作業(yè)的基本要求如下：①質(zhì)量。測量作業(yè)的開展，采用測繪技術(shù)手段，作業(yè)時需要做好嚴格控制，保障測量結(jié)果的準確性，為后續(xù)的建設(shè)和生產(chǎn)等工作提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。②效率。測量的時間有限，要求快速高效化完成測量作業(yè)。采用測繪新技術(shù)手段，借助輔助設(shè)備和裝置，實現(xiàn)對測區(qū)情況的有效測量，實現(xiàn)快速有效管理，進而保障測繪技術(shù)的應(yīng)用價值實現(xiàn)。從測量測繪實踐分析，要求結(jié)合礦山測區(qū)的實際情況，優(yōu)選適宜的技術(shù)手段，規(guī)范化開展測量作業(yè)，保障測量結(jié)果的準確性，為相關(guān)工作的開展提供支持。

2 礦山測量中的測繪新技術(shù)

2.1 全站儀

礦山測量實踐中全站儀的應(yīng)用較為廣泛，能達到測繪作業(yè)的要求。從測繪實踐可以發(fā)現(xiàn)，礦山測量作業(yè)的難度很大，尤其是在測區(qū)環(huán)境的影響下，使用全站儀，即全全站型電子速測儀，采集完整的數(shù)據(jù)信息，為礦山建設(shè)提供支持。基于全站儀的測量作業(yè)，遇到測量問題的情況很少，儀器設(shè)備將測角和測距以及微處理器有效融合，可實現(xiàn)對礦山的自動化測量，并且能夠自動化存儲、記錄以及輸出數(shù)據(jù)。隨著產(chǎn)品的不斷升級，涌現(xiàn)出很多新儀器設(shè)備，帶來了新的測量理念。例如，徠卡TS60，采用了ATRplus 技術(shù)突破了自動化測量極限；1G 雙核A9 處理器增強了計算能力；分辨率為傳統(tǒng)全站儀的5 倍，為礦山測量作業(yè)的開展提供了更多的支持。

2.2 三維激光掃描技術(shù)

礦山測量作業(yè)貫穿礦山生產(chǎn)與建設(shè)的全生命周期，測量的任務(wù)包括地面測量與井下測量等。目前，測量作業(yè)中依舊以GNSS 與全站儀輔助為主，使用這些設(shè)備控制測量與放樣作業(yè)，不僅效率高，而且精度可靠。不過隨著精細化生產(chǎn)和數(shù)字化礦山的建設(shè)，傳統(tǒng)的測量手段的應(yīng)用不足日益突出，比如可視化性能弱等，無法滿足生產(chǎn)建設(shè)的需求。除此之外，礦山測量作業(yè)的安全風(fēng)險多，安全測量面臨很多挑戰(zhàn)。在此背景下三維激光掃描技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其是露天礦測量和地形測量以及井下測量領(lǐng)域。由于測量作業(yè)的需求很大，且環(huán)境條件相對惡劣，使得單一功能的掃描設(shè)備無法達到測量的需求，三維激光掃描設(shè)備被廣泛應(yīng)用，可滿足測量作業(yè)的需求。例如，徠卡P50。實際應(yīng)用中，100 萬點/s的掃描速度能夠快速獲取，同時可以節(jié)省時間，使場角達到360°×290°，可以實現(xiàn)全區(qū)掃描無死角，測量級精度很高，可以滿足測量作業(yè)的需求。儀器有針對地進行外業(yè)掃描多測程模式，最長可以達到1000m，可以減少外業(yè)掃描設(shè)站的數(shù)量，顯著提高外業(yè)作業(yè)的效率。在環(huán)境溫度為-20℃～50℃的條件下都可以設(shè)站定向測量，支持得到目標坐標系點云Cyclone 支持10 億級點云，點云承載力強，輕松完成各種測量工作Cyclone3DR 可以自動生成等高線、坡底線、坡頂線等一系列特征線，CAD 可直接調(diào)用。儀器的具體應(yīng)用如下：①礦山地形測量。1000m 測量模式，可以快速高效化完成礦山地形測量。采用長距離測試模式，可以減少設(shè)站，全面提供測量作業(yè)的效率。使用的軟件系統(tǒng)，可以自動DEM 和等高線的生成，數(shù)據(jù)直觀，具有很強的精準度，可自動化提取坡頂和坡底線。②工作面收方計算。采用短測程模式，2min 就可以完成全景掃描。③采空區(qū)測量。對于礦場地下的復(fù)雜環(huán)境，使用三維掃描技術(shù)手段，能夠精準掌握分布情況，指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)的開展，利用三維模型，可以精準計算采空區(qū)的方量。隨著設(shè)備的不斷升級，涌現(xiàn)出很多新測量版本，能夠為精準測量提供支持。例如，車載式設(shè)計與模塊化天線將IDS Stream T 采集速度提高至60km/h，與傳統(tǒng)作業(yè)方式相比提高近5 倍，可以快速完成測量作業(yè)。

2.3 空間信息技術(shù)

礦山測量作業(yè)中采用的空間信息技術(shù)主要是指3S技術(shù)，包括RS、GIS 以及GNSS 技術(shù)。經(jīng)過不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多新技術(shù)手段，為測量測繪作業(yè)的開展提供技術(shù)支持，如無人機航攝技術(shù)。目前，無人機航測技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛。礦山時刻生產(chǎn)，使得地形時刻變化，需采集完成的數(shù)據(jù)信息，并且進行海量數(shù)據(jù)信息的處理。礦山測量作業(yè)若結(jié)果不準確，那么會造成低效運營，甚至影響到工程的質(zhì)量。傳統(tǒng)測量方法，需借助GPS 和全站儀等設(shè)備，需進行新廠測量作業(yè)，不僅安全性很低，而且測量周期比較長。除此之外，數(shù)據(jù)成果單一，難以實現(xiàn)可視化和三維化，無法達到數(shù)字化要求。采用無人機測量技術(shù)，具有機動速度快與測量效率高等優(yōu)勢，可以生成正射影像與三維模型等可視化成果。航測作業(yè)的方法，能夠避免現(xiàn)場測量的安全性問題，僅需幾十分鐘或者幾個小時便可以完成測量作業(yè)，生產(chǎn)作業(yè)效率很高。以某礦山測量作業(yè)項目為例，使用mdLiDAR1000 無人機掛載激光雷達套裝輔助測量作業(yè)。而過去采用GNSSRTK 技術(shù)手段，不僅危險性很強，而且消耗的時間很多，需要配置3 人，連續(xù)7d 才能夠完成。采用無人機測量技術(shù)則只需花費1d 的時間。測區(qū)的海拔比較高，而且處于春季，風(fēng)力風(fēng)沙很大，面臨惡劣的測量環(huán)境，測量工作的難度很大。使用的雷達套裝構(gòu)建的集成系統(tǒng)，基于md4-1000 飛行平臺，掛載SICKLD-MRS4 激光雷達傳感器和FLIR 5MP Global Shutter 相機，同時配備APX-15 UAV 慣導(dǎo)單元。作業(yè)前，根據(jù)作業(yè)的要求編制了測量測繪作業(yè)方案，組織開展高效化施工，測量的結(jié)果可達到精度10cm 的要求；DSM 網(wǎng)格每隔10cm 一個測量點。采用此技術(shù)手段全面提高了測量作業(yè)的效率水平，保障了測繪結(jié)果的真實性和可靠性。隨著無人機測量技術(shù)不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了很多測量性能更好的裝置，通過搭載高精度雷達測繪系統(tǒng)，可以姿態(tài)抗風(fēng)飛行1h，雷達測程可以達到1850m，累計飛行2 架次，能夠快速完成礦區(qū)30km2測量任務(wù)。在實際應(yīng)用中可以輔助礦區(qū)地形圖繪制和采剝工程平面圖繪制以及礦山實景三維模型的構(gòu)建等工作，續(xù)寫了礦山測量系統(tǒng)的新篇章。

2.4 慣性測量技術(shù)

礦山測量技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，涌現(xiàn)出很多高性能技術(shù)，能夠為測量作業(yè)的開展提供技術(shù)支持和保障，助力測繪作業(yè)高效化開展。實踐中將慣性測量技術(shù)與全球定位技術(shù)深度融合，獲得測量數(shù)據(jù)信息，能夠提高作業(yè)的效率。以某礦區(qū)為例，引入了LASC 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。此系統(tǒng)使用的是軍用過精度光纖陀螺儀以及定制的定位導(dǎo)航算法，能夠?qū)崟r化監(jiān)測采煤機三維姿態(tài)，達到精準定位以及自動化調(diào)直作業(yè)面等效果。使用的系統(tǒng)為硬件裝置INS 系統(tǒng)，主要由加速計與光速陀螺儀組成，不僅體積小，而且功率大，能在無基站指引的情況下自行判別方向，達到精準定位的效果。在礦山測量作業(yè)中利用此技術(shù)手段可以滿足實時化測量作業(yè)的需求，全面提高測量作業(yè)的效率水平。

3 礦山測量中測繪新技術(shù)的發(fā)展分析

3.1 綜合化

礦山測量工作中采用單一的測繪技術(shù)手段，難以滿足測量工作的需求，而技術(shù)應(yīng)用的適應(yīng)場景不同，且技術(shù)具有的優(yōu)勢和缺點。例如，采用的無人機測量技術(shù)手段，雖然能夠適應(yīng)空中的測量工作，但對礦井之下的測量工作具有難度。再比如，使用的全站儀設(shè)備，雖然能夠有效把握測量的精度，保證數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量，不過會受到通視環(huán)境以及其他因素的影響。目前，很多礦山測量工作的開展都在探索多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。根據(jù)測量工作的開展，合理選擇技術(shù)手段，并且編制完善的技術(shù)方案，充分發(fā)揮不同技術(shù)的應(yīng)用價值和作用，實現(xiàn)高效化測量，進而保障測量數(shù)據(jù)的準確性。在測量作業(yè)技術(shù)需求綜合化的發(fā)展趨勢下，會有更多的多功能儀器設(shè)備被研發(fā)，為測量作業(yè)的開展提供更多的技術(shù)支持與保障，全面提高測量作業(yè)的水平。測量工作人員需要結(jié)合測量技術(shù)的應(yīng)用要求，充分發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用的價值，有效地操作儀器設(shè)備，保證測量數(shù)據(jù)的準確性[1]。

3.2 高效化

近年來，礦山測量需求不斷增加，對于測繪技術(shù)應(yīng)用的需求很大。由于礦山的測繪環(huán)境比較復(fù)雜，給測量工作帶來諸多挑戰(zhàn)，采用傳統(tǒng)的測量技術(shù)手段面臨很多技術(shù)風(fēng)險和難題，使得測量的工作難以達到高效率、準確性的要求。為了能夠提高測量工作的效率和質(zhì)量，很多企業(yè)都在加大儀器設(shè)備和系統(tǒng)的研究，通過提升測量儀器設(shè)備的軟硬件系統(tǒng)來適應(yīng)測量工作的苛刻要求。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，使得更多的新儀器設(shè)備和技術(shù)被應(yīng)用，滿足了礦山測量作業(yè)的需求。未來的發(fā)展中需要結(jié)合測量的高標準，繼續(xù)優(yōu)化和完善測繪技術(shù)。通過提高測繪作業(yè)的智能化和自動化水平，促使技術(shù)應(yīng)用價值得以實現(xiàn)。目前采用的測繪新技術(shù)在實際應(yīng)用中也面臨著諸多技術(shù)難題和挑戰(zhàn)，需要工作人員不斷加大測繪技術(shù)的研究力度，針對當前測量作業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)以及多樣化需求，做好技術(shù)應(yīng)用的分析，了解技術(shù)的重難點，加強技術(shù)創(chuàng)新，提出優(yōu)化技術(shù)的方法。通過不斷突破，促使技術(shù)水平得到提高[2]。

3.3 高水平

礦山測量工作中測繪技術(shù)應(yīng)用價值的有效發(fā)揮，需要圍繞基礎(chǔ)設(shè)施的投入和隊伍建設(shè)做好相應(yīng)的工作。組織開展測量作業(yè)，需要積極轉(zhuǎn)變測量管理的理念，通過推廣應(yīng)用新技術(shù)，不斷提高測繪工作的效率和質(zhì)量，達到當前的作業(yè)要求。根據(jù)測繪技術(shù)應(yīng)用的需求，加大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，引入新裝置、新裝備和新技術(shù)手段，輔助測繪工作高效化開展，提高測繪測量工作的信息化和自動化水平。日常的管理工作中，還需要注重測繪儀器設(shè)備的維護，保證設(shè)備的性能達到要求，進而發(fā)揮出測繪技術(shù)的應(yīng)用價值。根據(jù)測繪技術(shù)應(yīng)用的需求，加大對人才隊伍的建設(shè)，不斷提高人員的操作水平，保障技術(shù)應(yīng)用的效果[3]。礦山測量中采用的新測繪技術(shù)手段不同于以往的技術(shù)操作流程和方法，為了能夠保障測量技術(shù)應(yīng)用的效果，需要對工作人員展開技術(shù)培訓(xùn)。作為測繪工作人員，需要積極學(xué)習(xí)新理論、新知識和新技能，適應(yīng)礦山測量的新形勢變化，不斷提高測繪工作的水平。在測量工作中，要嚴格按照測繪技術(shù)應(yīng)用的要求和標準，做好細節(jié)控制，保障測量數(shù)據(jù)信息的準確性，為礦山建設(shè)工作開展提供支持。除此之外，還需要積極地構(gòu)建完善的測量信息系統(tǒng)。結(jié)合礦山測量的發(fā)展變化，構(gòu)建測量信息化管理系統(tǒng)，充分挖掘信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的優(yōu)勢，提高測繪測量的水平[4]。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)信息的實時采集和整理，為相關(guān)工作的開展提供支持，同時能夠避免測量作業(yè)重復(fù)開展。無論采取何種測繪技術(shù)，都必須要做好測量作業(yè)全過程的控制，以最大程度上保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性，為后續(xù)工作的開展提供支持。組織測量作業(yè)時需要根據(jù)測量的任務(wù)，做好方案的編制工作[5]。組織測繪作業(yè)時，要嚴格按照方案的要求和標準落實各項質(zhì)控措施，保障測量數(shù)據(jù)的準確性。測量管理人員還需要做好數(shù)據(jù)信息質(zhì)量的檢測，保證采集的數(shù)據(jù)完整且真實，為后續(xù)工作的開展提供有力支持與保障。同時合理推廣應(yīng)用新技術(shù)，做好技術(shù)應(yīng)用管理，促使測繪新技術(shù)的應(yīng)用價值得到發(fā)揮，為創(chuàng)造更多的技術(shù)應(yīng)用效益，促進礦山測量目標的實現(xiàn)提供助力[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，礦山測量中測繪新技術(shù)，例如三維掃描技術(shù)和無人機航測技術(shù)等，為測量測繪作業(yè)的開展提供了支持與保障，促使測量作業(yè)高質(zhì)量完成，獲得精準的數(shù)據(jù)信息。從測量作業(yè)的角度分析，為保障測量結(jié)果的真實性，必須要做好嚴格控制，切實保證測繪技術(shù)的應(yīng)用價值實現(xiàn)。未來，測繪技術(shù)的自動化和智能化水平將會不斷提高，可為測量作業(yè)的開展提供更多的支持與保障，創(chuàng)造更多的效益。