測繪地理信息服務在智慧礦山領域的研究進展

趙乙澤

（山東省地質礦產勘查開發局第一地質大隊（山東省第一地質礦產勘查院），山東 濟南 250102）

隨著經濟的發展，由原先的煤礦信息化建設轉變為數字礦山建設再轉變到現在的智慧礦山，地理系信息系統成為了煤礦行業的重中之重。相較于其他行業礦山行業的測繪地理信息系統建設歷史是最早的，技術也較為完善。回顧整個社會地理信息服務的發展，自從進入大數據時代，數據成為了新的要素，用數據說話，做決策評估成為了一種普遍的現象，測繪地理信息服務需求也呈一個爆發式的增長，而測繪地理信息服務的快速發展為智慧礦山領域的研究提供了強勁的動力，并且能夠為礦山領域的數據進行分析、處理[1]。

我國“十一五”專項規劃曾提出，為了全面提升我國礦山行業的技術生產水平，推動行業的轉型升級，要充分利用現代通信、傳感、信息與通訊技術，實現礦山生產當中的智能檢測與智能調度有效的提高礦山的資源利用率和經濟收益率，實現機械化換人自動化減人，做到在開采的過程中減少產生不必要的浪費，真正的做到可持續發展。因此也就推動了測繪地理信息的發展。

1 測繪地理信息在智慧礦山領域的作用

伴隨著國情的變化，無論是經濟社會的發展，還是百姓的工作生活，都與測繪地理信息有著密切的關系。測繪地理信息從專業的角度上來講，是表示地物環境固有的數量、質量、分布特征、文字、圖像等一系列的總稱，它具有空間定位特征、多樣屬性的結構特征、時態的變化特征。而智慧礦山則是指綠色礦山建設的更高層級表達，無人則是智慧礦山最顯著的標志，也是它的最高形式。在礦山建設工作當中，測繪地理信息服務工作的本質，就是提供相應的地質信息。

就目前而言，傳統的測繪地理信息主要是靠人工，所收集到的信息都是宏觀的。在智慧礦山的建設中，測繪地理信息服務不僅能夠探測出詳細的礦井數據和顯示平臺，還能深入到各個細節領域，如三維可視化、透明化勘探、智能化設計等，所以測繪地理信息技術成為了礦山建設當中必不可少的支撐。

1.1 通過測繪地理信息系統了解數據

眾所周知，在礦山開采的整個準備過程中需要投入大量的人力、物力、財力，這是一項艱苦且長期的工作，并且在開采之前要將所有的準備工作做到位，以確保開采能夠順利的展開。與此同時，礦山的方方面面也要做一個詳細的了解，才能為下一步實施做好提前的準備工作。測繪地理信息服務還需要對礦山進行檢測工程質量，確保能夠在各個環節的設置當中能夠安全有序的進行工作；測繪地理信息服務還能給項目提供有力的數據支撐運用到各環節當中，最大程度的避免礦山的盲目、不合理等安全隱患，從而推進產業的可持續發展[2]。所以，需要工作人員利用地理信息系統去測繪整個礦山的地理結構、特質，再將采集到的數據進行歸納、再分析，最后制作出詳細的開采方案和可視化的三維建模。通過測繪地理信息系統可以快速準確把握到礦山的所有數據，包括周圍的地質情況，減少大量的不必要的人力物力財力，減少了不必要的失誤；提高了開采礦山的工作效率，進而優化了礦山資源。

1.2 測繪地理信息系統的工作原理

測繪地理信息系統的工作原理是基于全球定位系統、遙感系統和攝影對地理地質信息進行采集、整理和分析，再實現可視化的三維建模，這樣可以對礦井的施工和設計有更加明確的思路，并且得到的數據也非常的精準，能夠提高效率。但是可視化的三維建模涉及的應用領域有很多，但現在來說無法滿足各個智慧礦山的信息需求，目前測繪地理信息服務的核心技術還處于攻堅的階段，還屬于只能查、只能看，無法滿足現場實際的需求。于是針對這一情況，筆者做了一個智慧礦山中地理信息系統可視化的三維建模所需的技術和研究方向，如下圖所示。

從圖中我們可以看出所需的技術各有各的特點，但是又相互融合交錯，所以需要有針對性的展開一些功能的開發和應用。

2 測繪地理信息服務的獲取和技術

2.1 打造數字城市

回首現在的大數據時代，為了更好的服務社會、服務民生，“十二五”期間，國家測繪地理信息局全力的打造數字城市、國情普查等一系列測繪的地理信息平臺，大力的發展地理信息公共服務和地理信息產業，極大的豐富了我國的基礎地理信息數據資源，夯實了信息基地。在新的“十三五”期間，測繪地理信息服務將緊密圍繞著國家的發展大局，深入貫徹落實五大發展理念，加快實施發展戰略，著力推動測繪地理信息應用，為經濟社會的科學發展作出明確貢獻。測繪地理信息對計算機和互聯網技術應用的要求非常多，因此，提高技術的合理應用是對礦山生產建設和開采提供有力的保障。

在礦山信息化的發展背景下，智慧礦山已經逐步的向安全、高效、綠色礦山的方向發展，礦山的信息化也從單一轉向綜合，從二維轉向了三維，推動測繪地理信息服務成為智慧礦山建設中必不可少的工作[3]。由于礦山生產的速度快、變化多、時效性強、位置信息不斷變化，而測繪地理信息服務尚未形成標準化系統化的服務體系，常常導致信息數據更新不及時，所以體驗感不佳。

2.2 測繪地理信息服務中三維建模的應用

在測繪地理信息服務中最重要的是可視化三維建模，而在三維建模當中的重要組成部分是三維地質建模，因此需要推動其技術的發展。通過地面、井下、定向鉆探等形式獲得的地質信息，從而能組建三維地質建模，但提供的可視化礦山地質環境存在兩個問題，一是數據不夠；另外一個是空間的分布大小不一，因此不滿足當前的工作需求。還有另外一個手段就是物探，但物探有多種多樣的手段，其中包括三維地震、地質雷達、電磁信號、電波探測等，這些手段能獲得更為精細的數據，并建立精準的三維地質模型。在上述的物探手段中最為常見的是三維地震探測，其原理是利用人工激發地震波在地下鹽層中的傳播路徑和傳播時間，由此可以探測出埋藏的深度和形狀。三維地震技術是目前覆蓋面最廣且探測的深度最大，分辨率也是最高的，擁有這些特點也讓它成為了應用最廣泛的測繪技術。

與三維地震不一樣的是地質雷達，它最主要的工作原理是利用高頻電磁脈沖波的反射弧進行探測目標。然后通過對雷達反射出來的圖像進行判斷，推測出地下目標物的實際大小情況以及結構。雷達這項物探技術擁有較高的精度、效率以及便捷性，但目前正在用于煤巖層界線的研究方向。

上述的兩個物探手段，所得到的數據都需要通過人工的處理后生成地理坐標，再結合其他點線面的數據，生成可視化的三維地質建模。礦山領域可在其基本體緣或不規則表面將地質建模的數據更新再加入已知建模，采取關鍵的技術算法，對原來的地層模型進行調整、細分后可以重塑一個新的地層模型。

2.3 解決測繪地理信息服務難題

對于礦山來說，井上工業廣場和井下的通道重點場所都是生產活動中最主要的場所，如何快速且高效獲取到它們的數據，并在此基礎上快速建成可視化三維建模，在此基礎上制定出高效的礦山采集技術，這就是目前來說測繪地理信息的難點問題，針對這一問題筆者介紹了一種新型的建模方式——激光掃描測繪地理信息。

激光掃描是一種不需要接觸的測量方式，它的原理是通過激光的雷達信號掃描能夠快速的獲取目標的反射坐標。在利用上述的三維建模進行三維圖的掃描以及測點數據，并且能夠輸出多種形式的圖像產品。目前我國所使用到的激光掃描主要來自于歐美國家，而我國激光掃描井下的應用較少，因為很多激光掃描系統不具備防爆，防潮等功能，且井下的高溫和灰塵也會影響到激光測繪的精準度。近年來，有提出相關工作方面的應用，但還需要進一步深入研究。

總體來說測繪地理信息服務對于礦山探測的精準數據，還需要提高技術方面的加持。測繪地理信息服務是智慧礦山領域的基礎和核心，它決定著整個礦山工作的高效率高質量。在深入研究技術應用開發時，應綜合考慮開發的方向，要滿足礦山領域對地理信息系統的所有需求。

3 結束語

當前，我國的科學技術和經濟水平在飛速的發展，加之國內各大煤礦企業開展了一系列智慧礦山的建設，測繪地理信息服務將面臨著巨大的挑戰和機遇，通過將測繪地理信息服務信息化、科技化才是能夠長久發展的表現，針對于可視化提出來的一些思路，也是未來的發展趨勢。測繪地理信息服務不僅只存在于表面現象，而是能夠深入到每一個細分的領域，并形成屬于自己的特色和專業化，為智慧礦山建設提供有價值的信息支持、優化的建設模式、合理安全科學的開采方法，為大數據時代的智慧礦山提供優質的服務和動力。