數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

朱應(yīng)坤，王 輝，萬(wàn)力瑋

（臨沂會(huì)寶嶺鐵礦有限公司,山東臨沂 277700）

1 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)概述

目前，市場(chǎng)上對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求空前增加，礦產(chǎn)開采的應(yīng)用也在不斷發(fā)展。因?yàn)椴豢稍偕牡V產(chǎn)資源在日益減少，所以對(duì)于資源的有效開發(fā)與利用顯得尤為重要。當(dāng)下我國(guó)礦產(chǎn)資源的開采面臨著技術(shù)、人力資源等各方面的壓力。偶有發(fā)生的礦難事件在給家庭帶來災(zāi)難的同時(shí)也會(huì)造成一定的社會(huì)壓力，阻礙我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了提高礦山開采的安全性與準(zhǔn)確性，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)被逐漸摒棄，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)以其高效的觀測(cè)手段與精確的測(cè)量結(jié)果受到了測(cè)量行業(yè)的廣泛歡迎。比較常見的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)包括數(shù)字化繪圖、三維化軟件、光電測(cè)量、全自動(dòng)測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、全方位測(cè)量、空間信息技術(shù)等。這些技術(shù)極大提高了測(cè)量的效率。

礦山測(cè)量中的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)包括五個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，分別是集采、調(diào)度、功能服務(wù)、包裝，以及核心系統(tǒng)。集采系統(tǒng)用于收集、整合、處理所測(cè)量到的礦山數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)字化的處理。調(diào)度系統(tǒng)則是提供一定的調(diào)整空間，以供查詢與分析，并控制數(shù)據(jù)的訪問與輸出。功能系統(tǒng)的重點(diǎn)模塊是AI、SA、SC、MCAD 等專業(yè)功能模塊。包裝系統(tǒng)是根據(jù)客戶需求篩選、建模、并排列組合，包裝成用戶需求的形式。最為重要的核心系統(tǒng)則相當(dāng)于中樞管理器，用于對(duì)礦山測(cè)量的統(tǒng)一管理。

2 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

礦產(chǎn)資源是不可再生的，所以在開采時(shí)要十分重視資源的有效利用與保護(hù)，根據(jù)資源數(shù)量、質(zhì)量制定出有針對(duì)性的開采計(jì)劃，從而合理安排挖掘進(jìn)度，管控開采過程。利用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)中的三維數(shù)字技術(shù)可以管理好礦山工作數(shù)據(jù)，并為礦山開采過程提供預(yù)警，從而保證挖掘安全性與決策準(zhǔn)確性。數(shù)字化的測(cè)繪技術(shù)還能迅速整理、統(tǒng)計(jì)海量的數(shù)據(jù)信息，并利用計(jì)算機(jī)算法建模，將繁雜的信息整合成基礎(chǔ)的模型來展示礦山的情況。這種技術(shù)能將礦山的地形地貌、外部環(huán)境以及礦藏分布直觀地模擬出來，還能據(jù)此畫出圖紙，為后續(xù)的礦山開采提供數(shù)據(jù)支撐。此外，在具體的挖掘、開采過程中，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)能對(duì)工序過程進(jìn)行監(jiān)管與轉(zhuǎn)化，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將測(cè)量到的數(shù)據(jù)合理轉(zhuǎn)化成各類數(shù)字信息，再進(jìn)行管理分析。這樣可以極大節(jié)省人力、財(cái)力以及物力的支出，在數(shù)據(jù)的處理上也更為準(zhǔn)確，能在一定程度上做到保質(zhì)保量。

由于數(shù)字化測(cè)量技術(shù)能收集、處理的數(shù)據(jù)更多，所以數(shù)據(jù)結(jié)果的適用范圍也更為廣泛，并且同時(shí)保留著較高的數(shù)據(jù)精度。利用數(shù)字化技術(shù)還能維持24h 的動(dòng)態(tài)測(cè)量勘測(cè)，數(shù)據(jù)更全面、可靠。此外，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)還可以搭建出礦山管理數(shù)據(jù)庫(kù)，將所有環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng)起來，從而減少數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，節(jié)省時(shí)間，提高效率。

3 實(shí)際礦山測(cè)量中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

3.1 保障測(cè)量安全性

礦山開采、測(cè)量一直都是公認(rèn)的高危工作，安全指數(shù)極低。傳統(tǒng)的測(cè)量方法十分依賴人工，經(jīng)常需要人工深入礦區(qū)腹地，安全事故時(shí)有發(fā)生，極大地影響著測(cè)量人員的生命安全。面對(duì)礦山測(cè)量、開采的新要求，各方面工作都需要進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，首先要調(diào)整的就是開采方式。利用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)可設(shè)計(jì)出多樣化的開采方式，及時(shí)應(yīng)對(duì)礦區(qū)惡劣多變的外部環(huán)境，減少外部因素對(duì)礦區(qū)內(nèi)部安全性的影響，提高了礦山測(cè)量的安全指數(shù)，保證了測(cè)量人員的生命安全。

3.2 提升測(cè)量準(zhǔn)確性

礦山測(cè)量工作對(duì)于測(cè)量的準(zhǔn)確度有著極高的要求，因?yàn)樵跍y(cè)量、開采過程中需要精準(zhǔn)定位，并采用一些具有殺傷力的輔助工具，如果測(cè)量失之毫厘，結(jié)果則會(huì)謬之千里。測(cè)量人員必須重視測(cè)量的精準(zhǔn)度，這就要求測(cè)量人員科學(xué)的運(yùn)用測(cè)量方法，充分發(fā)揮出數(shù)字化測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)具有極強(qiáng)的專業(yè)性與應(yīng)用性，所以操作人員在測(cè)量之前需要做好準(zhǔn)備工作，對(duì)測(cè)量工作任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的了解，并提前熟練設(shè)備的使用，嚴(yán)格按照操作過程規(guī)范作業(yè)。規(guī)范的操作過程與專業(yè)的操作人員能最大程度地保障數(shù)字化測(cè)量技術(shù)作用的發(fā)揮，在整體上提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)礦山開采工作的推進(jìn)起到積極的促進(jìn)作用。

3.3 增強(qiáng)測(cè)量效率性

礦山開采的第一步就是定位、測(cè)量。這項(xiàng)初始工作的主要內(nèi)容是勘測(cè)、勘察礦山地形地貌，掃描并分析底層結(jié)構(gòu)。科學(xué)的測(cè)量工作也是一種有效的安保措施，但具體過程免不了受到眾多外界因素的干擾，例如天氣、設(shè)備等，所以必須提前對(duì)測(cè)量形式、方法進(jìn)行研究，選擇最合適的技術(shù)。如果不提前做好準(zhǔn)備就盲目測(cè)量，很可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有誤，根據(jù)錯(cuò)誤的信息進(jìn)行開采，給礦山的開發(fā)增加風(fēng)險(xiǎn)與不確定性。如若在開采的過程使用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，就能更及時(shí)的獲取準(zhǔn)確信息，將信息與實(shí)際情況、地形特征、水文水貌等內(nèi)容結(jié)合起來綜合分析、測(cè)量，減少外部因素的干擾，有效地統(tǒng)計(jì)并處理相關(guān)信息。

使用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)還能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控。在設(shè)計(jì)礦山開采系統(tǒng)之前，先利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量工作，如果測(cè)量結(jié)果、開采條件符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，再設(shè)計(jì)具體的開采方案。還可以根據(jù)測(cè)量的信息繪制出詳細(xì)具體的圖紙，為開采工作的安全提供有力的保障。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，全局應(yīng)用于開采過程，既能提高開采的效率，也能保障測(cè)量安全，適應(yīng)開采的各種需求。

3.4 提高技術(shù)應(yīng)用性

傳統(tǒng)技術(shù)在設(shè)計(jì)、實(shí)施以及應(yīng)用過程中具有非常明顯的局限性，使用范圍較為狹窄，智能化不足。從而給后續(xù)的推進(jìn)造成阻礙，到后續(xù)過程再進(jìn)行新一輪的分析與處理無疑是效率低下且勞民傷財(cái)?shù)摹４藭r(shí)如若使用數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行一體化的測(cè)量，就能提高技術(shù)的應(yīng)用范圍與價(jià)值。例如使用數(shù)字?jǐn)z影、三維繪圖、自動(dòng)測(cè)繪、監(jiān)督等技術(shù)，這些技術(shù)不僅能應(yīng)用于總體的全過程，而且還能有效提升數(shù)字控制的水平，保證測(cè)量的水平。

又 成立當(dāng)且僅當(dāng) (S,W,I,Z)=(S*,0,I*,0)。由LaSalle's不變集原理可知 S(+∞)=S*, I(+∞)=I*，因此系統(tǒng)(1)存在滿足邊界條件(2)的行波解。

4 礦山測(cè)量中具體數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 三維可視化技術(shù)

必須科學(xué)地應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)才能在礦山測(cè)量工作中提高實(shí)際測(cè)量的質(zhì)量，其中必不可少的技術(shù)之一就是三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)的主要內(nèi)容是使用三維激光掃描進(jìn)行測(cè)量。此種技術(shù)一經(jīng)問世就得到了熱烈反響，這是一種根據(jù)高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來計(jì)算并還原實(shí)景的技術(shù)，在礦山的測(cè)量工作中優(yōu)勢(shì)明顯。例如，可以利用定向的傳感器以及具有激光測(cè)距功能的探頭設(shè)備迅速掃描并分辨測(cè)量對(duì)象，幫助測(cè)量人員收集海量的空間數(shù)據(jù)，掌握礦山的空間位置、三維數(shù)據(jù)等內(nèi)容。而且三維可視化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)遠(yuǎn)距離接觸即可，這就能減少測(cè)量人員深入礦區(qū)腹地的危險(xiǎn)，且遠(yuǎn)距離的掃描結(jié)果成本適宜，精度較高，很大程度上提高了測(cè)量工作的質(zhì)量與效率。尤其是在面對(duì)斷層、下井等特殊地礦時(shí)，其作用更是不容忽視。

4.2 數(shù)字化繪圖技術(shù)

礦山的地形地貌、水文水質(zhì)都具有未知性，而且深藏于山體底層的環(huán)境如何，更是無從得知，十分抽象。如若僅憑肉眼可見的外部環(huán)境繪圖開采，那必然隱患無窮。所以礦山測(cè)量人員需要利用技術(shù)手段將所收集的礦山內(nèi)外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀的圖像內(nèi)容，除了總體圖像之外，還需繪制出不同礦區(qū)、不同地形的圖紙。這是礦山測(cè)量的目標(biāo)，也是礦山開采的重要依據(jù)。傳統(tǒng)的繪圖方法不僅需要大量數(shù)據(jù)信息，還很依賴專業(yè)的繪圖人才，人工為主的繪圖方式耗時(shí)長(zhǎng)，誤差大。

傳統(tǒng)的繪圖方式早已無法滿足現(xiàn)代化的礦山開采、建設(shè)、利用需求。圖像是利用礦山資源的指路明燈，如果沒有全面、及時(shí)的地下條件信息，沒有能準(zhǔn)確反映地質(zhì)環(huán)境的圖紙，就無法科學(xué)地規(guī)劃開采、建設(shè)方案，甚至可能破壞原有的生態(tài)環(huán)境。因?yàn)榈V區(qū)的地質(zhì)會(huì)發(fā)生變動(dòng)，所以具有滯后性的傳統(tǒng)圖紙價(jià)值逐漸減少。利用數(shù)字化繪圖技術(shù)分析礦區(qū)環(huán)境，對(duì)所收集的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，迅速且準(zhǔn)確的成像，為開采人員提供決策依據(jù)。具有實(shí)際準(zhǔn)確空間數(shù)據(jù)信息的三維圖像與二維圖紙不同，不受圖紙性質(zhì)、變化的限制，可以十分便捷地進(jìn)行實(shí)時(shí)更新、修改比例，查閱起來也是十分便捷。如此一來只要繪制一份三維圖像就可以滿足多種用途。在制作出足夠多的圖紙之后還能將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，存儲(chǔ)到專門的數(shù)據(jù)庫(kù)之中，建立單獨(dú)的專業(yè)礦區(qū)開采地圖庫(kù)，甚至可以全國(guó)聯(lián)網(wǎng)使用，為其他地區(qū)的開采提供參照。

4.3 數(shù)字化處理技術(shù)

在礦山開采過程中，數(shù)據(jù)的收集與管理、控制十分重要，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理也不容忽視，未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)瑣碎繁雜且數(shù)量龐大，無法發(fā)揮實(shí)際作用。所以必須重視數(shù)據(jù)處理工作的貫徹落實(shí)，不斷完善管制機(jī)制，提高管理工作的科學(xué)性、規(guī)范性。在使用數(shù)字化技術(shù)處理手段時(shí)，應(yīng)當(dāng)不斷構(gòu)建更為完善的收集、處理機(jī)制，對(duì)所收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合全面的分析與研究，充分挖掘信息價(jià)值，最大限度上利用收集到的空間位置等基礎(chǔ)信息。

數(shù)字化處理就是利用科學(xué)技術(shù)分析電子信息，并轉(zhuǎn)化輸出為圖標(biāo)、圖形、文字材料等內(nèi)容。從而提高數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的效率。不難看出，數(shù)字化技術(shù)的使用離不開其他科技手段的支持與配合，所以在開采過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況與現(xiàn)實(shí)需要，優(yōu)化數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的設(shè)備、設(shè)施，完善相應(yīng)的配套輔助設(shè)施，全面提高測(cè)量的質(zhì)量與效果。

4.4 空間信息技術(shù)

空間信息技術(shù)也是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)中的一種，該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用十分有助于保障測(cè)量的質(zhì)量與水平。3S 技術(shù)是空間信息技術(shù)的核心代表，不同于傳統(tǒng)測(cè)量方式中孤立的GPS 定位技術(shù)，3S 技術(shù)涵蓋GPS、GIS、RS 三種。綜合的技術(shù)手段既能保障測(cè)量工作的準(zhǔn)確性，提高測(cè)量質(zhì)量，還極具效率。空間信息技術(shù)很多時(shí)候都是與其他技術(shù)結(jié)合起來使用，例如衛(wèi)星定位技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，就能及時(shí)地提供時(shí)間、位置等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)相結(jié)合的測(cè)量效果。

隨著GIS 技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用水平也有所提高，通過構(gòu)建信息收集、計(jì)算、儲(chǔ)存等內(nèi)容的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，GIS 技術(shù)也能在礦山測(cè)量工作中發(fā)揮重要作用，整體上有利于測(cè)量質(zhì)量的提高。具體而言，將測(cè)量到的礦山地質(zhì)圖像、土地信息數(shù)據(jù)相結(jié)合構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，再利用GIS 技術(shù)處理分析數(shù)據(jù)，便能提取出關(guān)鍵地理位置的核心信息，為開采工作打好基礎(chǔ)。

RS 技術(shù)是通過光信息的特性感知物體，再利用傳感技術(shù)將感知到的信息進(jìn)行傳輸，對(duì)于一些遠(yuǎn)離地表、難以測(cè)量的遠(yuǎn)距離物體，RS 技術(shù)可謂功不可沒。將RS 技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，開展礦山測(cè)量工作，就能繪制出相對(duì)完善的地形圖，準(zhǔn)確地描述礦山內(nèi)外部的環(huán)境情況。

4.5 RTK技術(shù)

RTK 技術(shù)源于全球定位技術(shù)，其主要依據(jù)是通過載波相位實(shí)時(shí)差分技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精準(zhǔn)定位效果，是一種輔助性強(qiáng)的技術(shù)手段。近些年RTK 技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，在礦山測(cè)量中的應(yīng)用也逐漸廣泛。在具體的使用過程中，需要先明確一個(gè)固定的數(shù)據(jù)收集站，將RTK 技術(shù)得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)站，移動(dòng)站再進(jìn)一步的整理、分析，并輸送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)化的處理。目前我國(guó)RIK技術(shù)手段的精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)固態(tài)測(cè)量技術(shù)。但在應(yīng)用過程中還是需要注意保證與其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接受站保持一致，避免數(shù)據(jù)信息的錯(cuò)位。更為穩(wěn)妥的辦法是在具體使用之前對(duì)流動(dòng)數(shù)據(jù)站進(jìn)行事先的核驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)站中的數(shù)據(jù)與測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致，再進(jìn)行下一步收集整理工作。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的突破，加之國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)的加劇，礦山測(cè)量工作面臨的挑戰(zhàn)更多，要求更高。科技作為第一生產(chǎn)力在礦山測(cè)量工作發(fā)揮著不容忽視的作用，其中最為典型的科技手段就是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)。數(shù)字化測(cè)量技術(shù)憑借其特有的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用，空間信息技術(shù)、三維繪圖、掃描技術(shù)等具體技術(shù)的應(yīng)用既有利于保證測(cè)量工作的安全，也有助于提高測(cè)量的整體質(zhì)量和效率。所以礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的學(xué)習(xí)與使用，以促進(jìn)礦山測(cè)量、開采、建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。