礦山測(cè)量在數(shù)字礦山建設(shè)中的作用研究

于林玉

摘要：近年來，礦山數(shù)字化越來越被人們重視，并得到了較好的發(fā)展。礦山數(shù)字化使得我們的礦山采掘更加方便快捷，礦山生產(chǎn)過程更加安全、科學(xué)，有利于我國(guó)礦山事業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展。本文就數(shù)字礦山建設(shè)中的礦山測(cè)量進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字；礦山；測(cè)量

一、數(shù)字礦山的特征和基本組成

基于DM 的定義，DM 應(yīng)具有以下六大特征：以高速企業(yè)網(wǎng)為“路網(wǎng)”；以采礦CAD（MCAD）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、仿真（CS）、科學(xué)計(jì)算（SC）與可視化（VS）為“路網(wǎng)”；以礦業(yè)數(shù)據(jù)和礦業(yè)應(yīng)用模型為“貨物”；以真三維地學(xué)模擬（3DGM）和數(shù)據(jù)挖掘?yàn)椤鞍b”；以多源異質(zhì)礦業(yè)數(shù)據(jù)采集與更新系統(tǒng)為“保障”和以礦山G IS（MG IS）為“調(diào)度”。DM 的最終表現(xiàn)為礦山的高度信息化、自動(dòng)化和高效率，以至到無人采礦和遙控采礦。DM 的基本組成可大致為采集系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)和核心系統(tǒng)五部分。

1、采集系統(tǒng)

負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與處理，包括測(cè)量、勘探、傳感和文檔四類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；其關(guān)鍵是所有數(shù)據(jù)的數(shù)字化。

2、調(diào)度系統(tǒng)

指MGIS，負(fù)責(zé)提供拓?fù)浣⑴c維護(hù)、空間查詢與分析、制圖與輸出等GIS基本功能，并進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問控制、開放接口和生產(chǎn)調(diào)度與指揮管理等。

3、功能系統(tǒng)

負(fù)責(zé)提供各類專業(yè)模擬與分析功能，包括MCAD、VM、MS、SC、A I和SV 等。

4、包裝系統(tǒng)

負(fù)責(zé)提供3D 空間建模工具、多源異質(zhì)礦山數(shù)據(jù)的空間融合環(huán)境和數(shù)據(jù)過濾、組合與封裝機(jī)制，包括3DGM和數(shù)據(jù)挖掘工具。

5、核心系統(tǒng)

負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)和模型，決策分析與支持等。可以看出，數(shù)字礦山的核心是數(shù)據(jù)。與礦山相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是DM 的基礎(chǔ)。地理空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用來管理海量的井上、下礦山地物的幾何信息、拓?fù)湫畔?。屬性?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理與之相關(guān)的礦山屬性信息，必須建立好礦山地理信息系統(tǒng)（MGIS）。在此基礎(chǔ)上再建立相關(guān)模型倉(cāng)庫(kù)，管理各類為礦業(yè)工程、生產(chǎn)、安全、經(jīng)營(yíng)、管理、決策等服務(wù)的各類專業(yè)應(yīng)用模型，如開采沉陷計(jì)算、開采沉陷預(yù)計(jì)、頂板垮落計(jì)算、圍巖運(yùn)動(dòng)模型、儲(chǔ)量計(jì)算、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、瓦斯聚集模型、涌水計(jì)算等。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)所管理的海量數(shù)據(jù)與模型倉(cāng)庫(kù)所管理的礦業(yè)模型，就是可以被各類“車輛”在DM “路網(wǎng)”上運(yùn)輸?shù)臄?shù)字“貨物”。因此，在數(shù)字礦山建設(shè)中，礦山測(cè)量的重要工作和作用就是建立全面的地理空間基礎(chǔ)信息系統(tǒng)及地理空間應(yīng)用系統(tǒng)。做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、組織、管理和利用將會(huì)給其他設(shè)備和生產(chǎn)信息的加載與集成提供統(tǒng)一的地理空間位置平臺(tái)。

二、數(shù)字測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

數(shù)字測(cè)量技術(shù)不是指單一的某種測(cè)量技術(shù)，而是一種綜合性的技術(shù)。數(shù)字測(cè)量技術(shù)是通過運(yùn)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、RTK、全站儀以及CAD 等相關(guān)軟件繪制成圖的與數(shù)字測(cè)量相關(guān)的設(shè)備，在礦山中通過采集和儲(chǔ)存信息，達(dá)到對(duì)礦山測(cè)量的目的。在礦山中采用數(shù)字測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要根據(jù)測(cè)量的地點(diǎn)，例如：地面、井下和測(cè)量的內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)量控制。對(duì)于數(shù)字測(cè)量技術(shù)在的應(yīng)用中以礦山企業(yè)整體的測(cè)量技術(shù)水平為前提，需要測(cè)量人員掌握相關(guān)的技術(shù)操作，全面認(rèn)識(shí)操作的重點(diǎn)，從而促進(jìn)數(shù)字測(cè)量技術(shù)在礦山中的應(yīng)用。

1、GPS 技術(shù)在礦山測(cè)量中的運(yùn)用

對(duì)于GPS 技術(shù)在礦山測(cè)量時(shí)，由于GPS 接收機(jī)的最佳測(cè)程的原因，需要將測(cè)量的基線長(zhǎng)度控制在30km 之內(nèi)，并選擇測(cè)量地的一處為基點(diǎn)，對(duì)基點(diǎn)進(jìn)行GPS 觀測(cè)，從而推算出GPS 點(diǎn)的坐標(biāo)，以此為近似值計(jì)算GPS 三維無約束的平差，，求得基點(diǎn)的平差值。GPS 高程的控制，一般是利用兩點(diǎn)之間的高差，用平差的方法計(jì)算GPS 各點(diǎn)的高程。在進(jìn)行外業(yè)前，需要選擇最佳的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。每臺(tái)接收機(jī)要配置技術(shù)人員2名，對(duì)講機(jī)1 臺(tái)。在測(cè)量車上需要電臺(tái)1 部。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要保持兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)開機(jī)和關(guān)機(jī)。進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)整，采用儀器所配置的天線高的丈量桿，進(jìn)行丈量?jī)纱?，最后取測(cè)量的平均值作為天線的斜高。值得注意的是，采用GPS 技術(shù)進(jìn)行的礦山測(cè)量對(duì)地形條件和氣候條件要求較高。一般地形地勢(shì)不能海拔太高，且天氣要晴朗，多霧，多云的天氣不適合采用GPS技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量。因此，在采用GPS 技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量的時(shí)候，需要考慮所測(cè)量地點(diǎn)的實(shí)際情況。

2、RTK 技術(shù)在礦山測(cè)量中的運(yùn)用

RTK是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分的GPS測(cè)量技術(shù)。采用RTK 技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量的時(shí)候，需要注意參考站的接收機(jī)和流動(dòng)站的接收機(jī)的轉(zhuǎn)換參數(shù)要相同。在測(cè)量前，流動(dòng)站需要進(jìn)行檢核，測(cè)量出來的數(shù)據(jù)需要采用統(tǒng)一的格式進(jìn)行整理。在測(cè)量中，中線的位置需要測(cè)量確定，中折線的坐標(biāo)確定后，通過RTK 測(cè)量技術(shù)能夠自動(dòng)地顯示出接收機(jī)和中線之間的距離。以此確定出中線的位置。從而可以確定中線的位置。由于礦山所處的地形地勢(shì)的不同，尤其處于一些高山中，采用RTK 技術(shù)能夠提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。值得注意的是，在礦山測(cè)量中，采用RTK 技術(shù)發(fā)展控制點(diǎn)，原控制網(wǎng)轉(zhuǎn)換參數(shù)和坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)需要保持一致。測(cè)量時(shí)，對(duì)控制點(diǎn)發(fā)展 2 次，且2 次的互差不能大于以下的限差：△ X ≤ 0.05 m，△ H ≤ 0.05m。進(jìn)而將發(fā)展點(diǎn)作為控制點(diǎn)使用。在礦山測(cè)量中，一般采用RTK 技術(shù)測(cè)量出的數(shù)據(jù)需要采用不同的數(shù)據(jù)輸出格式，需要對(duì)測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。以轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)的平均精度來作為測(cè)量中的誤差。在 RTK 完成作業(yè)后，需要上交檢核點(diǎn)的坐標(biāo)的成果，并且檢核點(diǎn)數(shù)不能少于總點(diǎn)數(shù)的 1%。因此，在礦山測(cè)量中采用RTK 技術(shù)進(jìn)行測(cè)量需要技術(shù)人員熟練的操作技能，以及高水平的技術(shù)知識(shí)，在測(cè)量中需要對(duì)礦山地形地質(zhì)多方面的了解，才能應(yīng)用好RTK 技術(shù)，保證礦山的測(cè)量工作提供高效率和高精確度。

3、全面推動(dòng)數(shù)字測(cè)量技術(shù)在礦山生產(chǎn)中應(yīng)用

基于數(shù)字測(cè)量技術(shù)測(cè)量的高效性和精確性，礦山生產(chǎn)應(yīng)大力推廣數(shù)字測(cè)量技術(shù)。從而礦山以自動(dòng)化、信息化和智能化帶動(dòng)整個(gè)礦山產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過科學(xué)的發(fā)展數(shù)字測(cè)量技術(shù)，促進(jìn)整個(gè)礦山行業(yè)的優(yōu)化升級(jí)。推動(dòng)數(shù)字測(cè)量技術(shù)有助于礦業(yè)企業(yè)的新興路線實(shí)施。有助于引進(jìn)高技術(shù)的測(cè)量人才和先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，促進(jìn)礦山產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在礦山生產(chǎn)中通過應(yīng)用數(shù)字測(cè)量技術(shù)能夠促進(jìn)礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)，為礦山生產(chǎn)提供安全性的保障。因此，基于數(shù)字測(cè)量的種種優(yōu)勢(shì)，礦產(chǎn)企業(yè)需要全面的推動(dòng)數(shù)字測(cè)量技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)礦山產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

三、數(shù)字礦山的前景與展望

隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)量?jī)x器設(shè)備越來越先進(jìn)，建立系統(tǒng)的、全面的數(shù)字礦山是未來的趨勢(shì)。未來的采礦業(yè)發(fā)展方向及發(fā)展?fàn)顟B(tài)將會(huì)有很大一部分依賴于數(shù)字礦山，這也將成為衡量一個(gè)礦山是否會(huì)健康持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)。然而，數(shù)字礦山的建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜并且龐大的系統(tǒng)工程。通過對(duì)數(shù)據(jù)采集和高速網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)、空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、三維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、動(dòng)態(tài)模擬和人工智能技術(shù)等的進(jìn)一步研究改善實(shí)時(shí)性、交互性等方面，最終將會(huì)實(shí)現(xiàn)礦山的高度信息化、自動(dòng)化和高效率，從而達(dá)到無人采礦和遙控采礦，從根源上解決礦井事故的發(fā)生。

結(jié)論

目前，礦山生產(chǎn)技術(shù)和礦山生產(chǎn)都進(jìn)行很大的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，礦山測(cè)量的重要性越來越凸顯出來。本文首先對(duì)數(shù)字礦山的含義和礦山測(cè)量的任務(wù)進(jìn)行了相應(yīng)的分析，其次對(duì)礦山測(cè)量的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)進(jìn)行了探討，最后對(duì)礦山測(cè)量的工程化進(jìn)行了相應(yīng)的系統(tǒng)研究。相信本文的研究一定能為礦山測(cè)量技術(shù)在礦山建設(shè)中的發(fā)展起到非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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[2] 曹菲，數(shù)字礦山及其關(guān)鍵技術(shù)探討[J].工程技術(shù)，2015（06）.

（作者身份證號(hào)：211282198710182438）