數(shù)字化測量技術在礦山測量中的應用分析

唐 坤

（云南黃金礦業(yè)集團股份有限公司，云南 昆明 650000）

礦山測量是采礦學的重要分支之一，其過程需要綜合運用采礦、地質(zhì)以及測量等多個學科。測量工作主要包括礦山外部定位測量和礦山井上井下聯(lián)系測量兩方面。在對礦山定位以及井上井下聯(lián)系測量時，由于大部分礦山位置都比較偏僻以及礦山周邊的地形及環(huán)境條件十分復雜，傳統(tǒng)的礦山測量方法在許多條件下都不適用、不精確，因此礦山測量需要采用一些數(shù)字化測量技術，排除外部條件的干擾，滿足實際測量要求。本文中通過根據(jù)現(xiàn)有的先進數(shù)字化測量技術設計方法，并通過與傳統(tǒng)測量方式實驗對比，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，得出數(shù)據(jù)化測量技術在安全性、測量精度、測量人工成本等方面優(yōu)于傳統(tǒng)測量方式的結(jié)論。

1 基于數(shù)字化測量技術的礦山測量方法設計

（1）礦山外部定位。在地質(zhì)測量過程中經(jīng)常出現(xiàn)由于地質(zhì)復雜，難以實地測量的情況，在這種情況下，使用GPS測量技術進行測量。在測量前，為保證測量過程和結(jié)果滿足測量條件以及精準度，事先使用無人機攝影測量技術取得航拍數(shù)字正射影像圖，該圖可以詳細全面直觀地反映礦山區(qū)域的地形情況、自然環(huán)境狀況、資源空間分布狀況等。根據(jù)測量結(jié)果完成GPS相關參數(shù)設定。通過GPS的定位工作獲取到礦山數(shù)據(jù)，經(jīng)過信息處理后，可以得到礦山區(qū)域整體測點的三維坐標，并由此輸入到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及計算機繪圖系統(tǒng)當中，完成礦山的定位工作，并為接下來的工作提供更加準確動態(tài)的資料。

（2）礦井聯(lián)系測量。傳統(tǒng)礦山控制、施工測量工作容易被人工和技術干擾，從而會影響測量成果的準確性，使用數(shù)字化的測量技術極大程度避免自然因素影響。礦井聯(lián)系測量是將礦區(qū)平面坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)傳遞到井下的測量，使用陀螺經(jīng)緯儀定向技術完成平面坐標系統(tǒng)傳遞到井下的測量過程[1]，并且通過軟件實現(xiàn)陀螺經(jīng)緯儀定向的數(shù)據(jù)處理及精度分析。本文以經(jīng)過一立井采用陀螺經(jīng)緯儀定向為例，測量工作包括：由地面經(jīng)一立井向定向水平投點、井上、下與垂球線的連接測量、井下基本控制導線起始邊的陀螺經(jīng)緯儀定向。井下加測陀螺邊導線網(wǎng)的觀測值主要有角度、邊長、陀螺方位角，平差時必須確定各個觀測值的權(quán)。定權(quán)不合理會影響井下測量成果的質(zhì)量，并且加測陀螺定向邊的精度也會影響到整個井下導線網(wǎng)精度[2]。所以使用陀螺經(jīng)緯儀定向時需要對陀螺定向邊構(gòu)成、方向和數(shù)據(jù)處理方法進行事先設計處理。其過程原理是：首先用復測支導線計算方法求出垂球線的坐標，取兩次導線計算的平均值作為垂球線坐標，設為A（XA，YA）；設β0為陀螺定向邊的坐標起始方位角，αi為井下相應連接導線邊的水平角，那么井下連接導線各邊的坐標方位角βi為：

以7′′導線為例，當角度閉合差fβ滿足以下條件時，將計算的兩次坐標方位角取平均作為最或是值：

根據(jù)各邊平差后的方位角βi和井下連接導線各邊的水平距離計算出基本控制導線起始點的坐標E(XE，YE)：

最后，取導線起始點兩次坐標計算的平均值作為該點的最或是坐標。

（3）礦山測量數(shù)據(jù)數(shù)字化建模。使用程序語言實現(xiàn)礦山測量數(shù)據(jù)數(shù)字化，對實現(xiàn)礦山開采礦道設計、質(zhì)量管理等方面至關重要。使用現(xiàn)代三維激光掃描技術能夠直接利用礦井聯(lián)系測量所獲得的數(shù)據(jù)，對礦山采空區(qū)及礦道面積和體積進行初步設計計算，并構(gòu)建三維實體模型，全面呈現(xiàn)礦體、斷層、采空區(qū)等關鍵的工程，并提升設計的高效性。

這個過程中可以進行多次掃描，使數(shù)據(jù)可以更加精準展現(xiàn)采空區(qū)的真實變化，科學監(jiān)測危險區(qū)域。

（4）礦山數(shù)字化技術測量數(shù)據(jù)取樣處理。使用數(shù)字化技術測量之后利用計算機多媒體技術來對數(shù)字化測量數(shù)據(jù)信息進行分攤處理與分析，因為在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)中檢測設備類型不同、檢測設備所輸出的數(shù)據(jù)格式不同，所以在數(shù)據(jù)信息的后期整合與分析之前就需要對數(shù)據(jù)信息的應用格式進行統(tǒng)一處理。一般為了使后期對數(shù)據(jù)信息的整合分析更加科學、有效，將所有數(shù)據(jù)信息處理成SAS的標準格式，完成數(shù)據(jù)信息的處理以后，技術人員就按照其數(shù)據(jù)來進行礦山地圖繪制。同時，使用該技術最后得到的地形圖還可以在客戶端使用，進行實時交互操作，更加具有實用性，至此基于數(shù)字化測量技術的礦山測量工作基本完成。

2 實驗論證分析

為證明基于數(shù)字化測量技術的礦山測量方法更加準確、高效，采用相同地區(qū)的，具有相同礦層的礦山進行礦山測量實施論證實驗。為保證實驗的嚴謹性，對照組過程中采用傳統(tǒng)測量方法，并對兩種方法所測得的誤差結(jié)果和耗費工時成本進行統(tǒng)計，實驗論證結(jié)果曲線如圖1所示。

圖1中顯示的是使用傳統(tǒng)礦山測量方法與數(shù)字化測量技術兩種條件下的測量誤差曲線，根據(jù)上圖分析可以得出，本文提出的使用數(shù)字化測量技術方法與傳統(tǒng)的測量方法相比，準確度會更高，尤其是隨著礦山深度大幅度增加的情況下，對比測量數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)數(shù)字化測量技術的使用會使礦山測量結(jié)果更加精確，當?shù)V山測量深度大于120米之后，數(shù)字化測量結(jié)果誤差差距明顯。通過加權(quán)分析，使用基于數(shù)字化測量技術的礦山測量法相較傳統(tǒng)的測量方法，總誤差率可降低40.66%。

圖1 實驗論證結(jié)果曲線

3 結(jié)語

本文對數(shù)字化測量技術的方法及優(yōu)勢進行分析，設計基于數(shù)字化測量技術的礦山測量過程，根據(jù)對測量結(jié)果取樣處理，完成本文論述。實驗論證表明，使用數(shù)字化測量方法較傳統(tǒng)的測量方法具備更高的準確性、高效性，在大范圍和深層的礦山測量中更加適用。