煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化測繪技術(shù)的運(yùn)用探討

＊王艷明

（晉能控股集團(tuán)左權(quán)正珠煤業(yè)有限公司 山西 032600）

數(shù)字化測繪技術(shù)是指將地理空間數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，并進(jìn)行分析、處理、管理和展示的技術(shù)手段。在煤礦地質(zhì)測量中，數(shù)字化測繪技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的手工測繪和平面繪圖，提高了地質(zhì)勘查和開采的效率，也大大減少了誤差和風(fēng)險(xiǎn)。

1.數(shù)字化測繪技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）安全性高。數(shù)字化測繪技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用有著較高的安全性，傳統(tǒng)的人工測繪中，由于煤礦地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，操作人員需要進(jìn)行長時(shí)間的工作，對人的身體造成了一定的傷害。煤礦環(huán)境也存在著自然災(zāi)害和一些安全隱患，如瓦斯爆炸、地質(zhì)災(zāi)害等，為人工測繪增加了風(fēng)險(xiǎn)。而數(shù)字化測繪技術(shù)可以通過遠(yuǎn)程遙控、無人駕駛等方式，避免了人員在煤礦地質(zhì)環(huán)境中的長時(shí)間作業(yè)和危險(xiǎn)操作，從而減少了人員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字化測繪技術(shù)的數(shù)據(jù)采集過程也避免了人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的情況，保障了人員的安全，通過數(shù)據(jù)處理和分析，提供煤礦地質(zhì)安全監(jiān)測所需的數(shù)據(jù)支持，從而提高了煤礦地質(zhì)安全的水平[1]。

（2）呈現(xiàn)測量信息完整。煤礦地質(zhì)測量中，利用數(shù)字化測繪技術(shù)，將測量所得數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地捕捉和處理，呈現(xiàn)測量的信息完整，在傳統(tǒng)的煤礦地質(zhì)測量中，測量數(shù)據(jù)通常是通過手工記錄和繪制圖形的方式進(jìn)行處理，該方式存在數(shù)據(jù)遺漏和誤差的可能性。而數(shù)字化測繪技術(shù)則通過電腦軟件將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以快速、準(zhǔn)確地生成測量圖形，同時(shí)增強(qiáng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的完整性，減少數(shù)據(jù)的遺漏和誤差，提高了測量數(shù)據(jù)的精度和可靠性。數(shù)字化測繪技術(shù)還可以將測量圖形與地圖信息進(jìn)行疊加，生成更加豐富的地質(zhì)信息，幫助煤礦地質(zhì)測量工作更加準(zhǔn)確、高效。

（3）圖像信息豐富。數(shù)字化測繪技術(shù)的圖像信息豐富，傳統(tǒng)的人工測繪中，數(shù)據(jù)采集的方式往往是文字記錄和簡單的手繪圖，難以展現(xiàn)出煤礦地質(zhì)的真實(shí)情況。而數(shù)字化測繪技術(shù)可以將煤礦地質(zhì)測量中獲取的數(shù)據(jù)以圖像的方式進(jìn)行展示，包括但不限于三維立體圖像、多角度拍攝圖像等。三維立體圖像可以通過激光掃描儀等設(shè)備進(jìn)行采集，可以直觀地展現(xiàn)出煤礦地質(zhì)的三維形態(tài)，包括地層、煤層、礦井巷道等結(jié)構(gòu)特征，從而更加精確地了解煤礦地質(zhì)情況。多角度拍攝圖像可以通過無人機(jī)等設(shè)備進(jìn)行采集，提供了全面的視角和展現(xiàn)煤礦地質(zhì)的多個(gè)方面，如地貌、地形、植被等，從而更加全面地了解煤礦地質(zhì)情況。通過數(shù)字化測繪技術(shù)采集的圖像數(shù)據(jù)可以進(jìn)行處理和分析，從而提高測量的精度和可靠性，圖像數(shù)據(jù)也可以作為煤礦地質(zhì)信息的重要組成部分，為煤礦地質(zhì)安全監(jiān)測和管理提供更加全面的數(shù)據(jù)支持[2]。

2.煤礦地質(zhì)測量中數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

（1）編寫測量計(jì)劃書。在煤礦地質(zhì)測量中，編寫測量計(jì)劃書是數(shù)字化測繪技術(shù)應(yīng)用的重要步驟，編寫測量計(jì)劃書時(shí)，要明確測量目的，包括煤層厚度、煤質(zhì)分析、瓦斯含量、地質(zhì)構(gòu)造，詳細(xì)說明測量方法，包括地面測量、井下測量、遙感測量，確保測量方法科學(xué)合理，且符合煤礦地質(zhì)測量的要求。明確測量區(qū)域和范圍，包括井下工作區(qū)、采掘工作面、煤礦區(qū)域等方面，保證測量范圍準(zhǔn)確無誤，覆蓋面廣，能夠滿足煤礦地質(zhì)測量的需求。

明確測量精度要求，包括水平精度、垂直精度、角度精度等有關(guān)的參數(shù)，要保證測量精度符合煤礦地質(zhì)測量的要求，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對測量周期進(jìn)行確認(rèn)，根據(jù)煤礦地質(zhì)測量的需要，制定合理的測量周期，推動測量工作連續(xù)、實(shí)時(shí)展開。在編寫測量計(jì)劃書時(shí)，要根據(jù)煤礦地質(zhì)測量的實(shí)際情況，結(jié)合數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用，制定科學(xué)、合理的測量計(jì)劃，保證測量工作的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，提高煤礦地質(zhì)測量的效率和質(zhì)量。

（2）煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)采集。煤礦地質(zhì)測量中，數(shù)據(jù)采集是數(shù)字化測繪技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，利用遙感技術(shù)獲取地面地質(zhì)信息，如使用衛(wèi)星遙感圖像、航空遙感圖像等，可以獲得煤礦周邊地貌、水文、植被等信息數(shù)據(jù)。礦山內(nèi)部地質(zhì)信息可以通過激光掃描技術(shù)進(jìn)行采集，激光掃描儀可以掃描礦井內(nèi)部的空間信息，獲取礦井地質(zhì)構(gòu)造信息。在煤礦地質(zhì)測量中，使用測量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以獲取更加準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，常用的測量儀器包括全站儀、測距儀、水準(zhǔn)儀等。全站儀是一種高精度的測量儀器，具有測量角度和距離的功能，在煤礦地質(zhì)測量中，可以使用全站儀進(jìn)行煤層走向、傾角、厚度等參數(shù)的測量，以及煤礦設(shè)備的定位和管理，數(shù)據(jù)采集流程見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程

測距儀是一種測量距離的儀器，可以通過激光或雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對距離的測量，在煤礦地質(zhì)測量中，可以使用測距儀對煤層底板、頂板、煤柱等空間位置進(jìn)行測量。水準(zhǔn)儀是一種測量高差的儀器，可以實(shí)現(xiàn)對地面高程的測量，在煤礦地質(zhì)測量中，使用水準(zhǔn)儀對煤礦內(nèi)部的高程進(jìn)行測量，獲取煤層的位置和厚度信息。使用測量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)也可以提高測量效率，在數(shù)據(jù)采集過程中，測量人員要注意測量儀器的使用方法和操作規(guī)范，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠[3]。

（3）GIS數(shù)字化測量技術(shù)。GIS數(shù)字化測量技術(shù)是一種將地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析、處理和表達(dá)的技術(shù)，可以有效提高煤礦地質(zhì)測量工作的效率和準(zhǔn)確性，應(yīng)用GIS數(shù)字化測量技術(shù)時(shí)，需要注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行GIS數(shù)字化測量時(shí)，應(yīng)保證使用的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。因?yàn)閿?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，因此應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和審核。在進(jìn)行GIS數(shù)字化測量時(shí)，要確保使用的各類數(shù)據(jù)之間具有一致性，因?yàn)閿?shù)據(jù)的一致性可以有效避免數(shù)據(jù)重復(fù)和沖突，提高數(shù)據(jù)的利用率和價(jià)值。使用的數(shù)據(jù)應(yīng)完整無缺，因?yàn)閿?shù)據(jù)的完整性可以有效避免數(shù)據(jù)的遺漏和不足，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性和可靠性。根據(jù)煤礦地質(zhì)測量的實(shí)際需求，結(jié)合數(shù)字化測繪技術(shù)的優(yōu)勢，制定科學(xué)合理的測量方案，保證測量工作的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，提高煤礦地質(zhì)測量的效率和質(zhì)量。

（4）煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)處理。數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用使煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的處理更加方便和高效，數(shù)據(jù)處理的過程包括數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理和分析等步驟，在數(shù)據(jù)采集方面，數(shù)字化測繪技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動化采集和高精度采集，減少了人為誤差和測量時(shí)間。在數(shù)據(jù)存儲方面，數(shù)字化測繪技術(shù)采用電子化存儲方式，使得數(shù)據(jù)可以長期保存并方便檢索。在數(shù)據(jù)處理方面，數(shù)字化測繪技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動化處理和高精度處理，提高了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和效率，在數(shù)據(jù)分析中，數(shù)字化測繪技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策，測繪數(shù)據(jù)服務(wù)平臺見圖2[4]。

圖2 測繪數(shù)據(jù)服務(wù)平臺

（5）煤礦地質(zhì)變形測量。煤礦地質(zhì)變形測量中，利用數(shù)字化測繪技術(shù)，包括測量儀器、測量方法和數(shù)據(jù)處理等方面的內(nèi)容，應(yīng)用數(shù)字化測繪儀和全站儀等高精度測量儀器，實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)變形的高精度測量和自動化采集。數(shù)字化測繪儀可以通過記錄坐標(biāo)和高程等信息，實(shí)時(shí)獲取地質(zhì)變形的數(shù)據(jù)，全站儀的應(yīng)用則可以實(shí)現(xiàn)高精度的三維測量，獲得更為精細(xì)的地質(zhì)變形數(shù)據(jù)。數(shù)字化測量方法包括三角測量法、激光測距法和影像測量法等，可以實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)變形的多角度測量和精度控制，例如，三角測量法的應(yīng)用是通過測量三角形的邊長和角度等信息，計(jì)算出地質(zhì)變形的大小和方向。

激光測距法可以通過激光束測量地質(zhì)物體的距離，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)變形的高精度測量，影像測量法則可以通過對煤礦地質(zhì)變形區(qū)域進(jìn)行拍攝和處理，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)變形的多角度測量和分析。數(shù)字化測繪技術(shù)的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)變形數(shù)據(jù)的自動化處理和可視化分析，提高了煤礦地質(zhì)變形監(jiān)測的準(zhǔn)確性和效率。借助數(shù)字化測繪技術(shù)，將煤礦地質(zhì)變形數(shù)據(jù)自動化地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析，提高了數(shù)據(jù)的處理效率和準(zhǔn)確性。在計(jì)算機(jī)上生成三維模型和動態(tài)圖像，利用數(shù)字化測繪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對煤礦地質(zhì)變形數(shù)據(jù)的可視化分析，依據(jù)分析結(jié)果，為煤礦安全生產(chǎn)提供重要的參考和決策依據(jù)[5]。

（6）實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)。實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)是利用全球定位系統(tǒng)（GPS）的衛(wèi)星信號，通過兩個(gè)或多個(gè)接收機(jī)接收信號并進(jìn)行差分計(jì)算來減少測量誤差的技術(shù)，消除信號傳輸過程中的一些誤差，如信號延遲、電離層延遲、大氣壓縮、天線多路徑等，從而提高測量的精度和可靠性。實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)是一種高精度的定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對礦山地質(zhì)參數(shù)和礦山設(shè)備位置的精準(zhǔn)測量和監(jiān)測。在煤礦地質(zhì)測量中，實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)可以應(yīng)用于礦山地質(zhì)勘查，實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)對煤層走向、傾角、厚度等參數(shù)進(jìn)行高精度測量，為礦山地質(zhì)勘查提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中利用實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，對地震、巖層移動、煤層冒落等情況加強(qiáng)監(jiān)測，通過對地質(zhì)災(zāi)害的精準(zhǔn)監(jiān)測，及時(shí)采取措施，保障礦山安全生產(chǎn)。

測量煤層底板、頂板、煤柱等空間位置，實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對煤層底板、頂板、煤柱等空間位置的高精度測量，過對參數(shù)測量，對煤礦采掘加強(qiáng)精準(zhǔn)控制，保障煤礦生產(chǎn)的安全和高效。對礦山車輛和設(shè)備進(jìn)行定位和管理，實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)通過對車輛和設(shè)備位置的監(jiān)測，礦山管理人員可以及時(shí)掌握礦山生產(chǎn)情況、調(diào)度車輛和設(shè)備，提高煤礦生產(chǎn)的效率和安全性。實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)在地下礦井等復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用更具優(yōu)勢，因?yàn)樵诖祟惌h(huán)境中，傳統(tǒng)的測量方法存在許多局限性，例如，不能在沒有視線的情況下進(jìn)行測量，精度受到限制等。實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)可以通過多接收機(jī)配合、差分糾正等方法，克服這些限制，提高測量的可靠性和精度。

（7）數(shù)字柵格技術(shù)測繪地形圖。數(shù)字柵格技術(shù)是一種測繪地形圖的技術(shù)，其將地形圖劃分成由像素組成的網(wǎng)格，每個(gè)像素點(diǎn)上都有對應(yīng)的高程值和顏色值，數(shù)字柵格技術(shù)應(yīng)用可以對地形進(jìn)行高精度的測量和描述，反映出地形的細(xì)節(jié)和地貌的特征。借助數(shù)字柵格技術(shù)測繪地形圖，在獲取數(shù)據(jù)中，獲取地形圖的原始數(shù)據(jù)，可以采用測量或遙感等方法，采取去噪、校正、配準(zhǔn)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字柵格數(shù)據(jù)，即將地形圖劃分成由像素組成的網(wǎng)格，并為每個(gè)像素點(diǎn)標(biāo)注高程值和顏色值。生成地形圖，根據(jù)數(shù)字柵格數(shù)據(jù)生成地形圖，并進(jìn)行必要的修正和優(yōu)化，以獲得最終的地形圖。數(shù)字柵格技術(shù)還可以與其他技術(shù)相結(jié)合，如激光雷達(dá)掃描技術(shù)和遙感技術(shù)等，提高地形圖的精度和分辨率，為煤礦的管理和規(guī)劃提供更加全面和精細(xì)的信息[6]。

3.結(jié)論

綜上所述，數(shù)字化測繪技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量中的應(yīng)用，具有高效、精準(zhǔn)、可視化等優(yōu)勢。在數(shù)字化測繪技術(shù)的支持下，煤礦地質(zhì)勘查和開采可以更加高效、精準(zhǔn)地進(jìn)行，降低了勘查成本和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也提高了煤炭資源的利用率。在煤礦地質(zhì)測量中，應(yīng)用數(shù)字化測繪技術(shù)的要點(diǎn)包括選擇合適的數(shù)字化測繪工具、建立數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)庫、進(jìn)行數(shù)字化測繪技術(shù)培訓(xùn)和提高數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用能力等。