王文天

神華集團(tuán)包頭礦業(yè)有限責(zé)任公司水泉露天煤礦，內(nèi)蒙古包頭 014100

礦山測量中數(shù)字化測量技術(shù)的應(yīng)用

王文天

神華集團(tuán)包頭礦業(yè)有限責(zé)任公司水泉露天煤礦，內(nèi)蒙古包頭 014100

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山測量領(lǐng)域的數(shù)字化建設(shè)也是各礦山企業(yè)必然的發(fā)展趨勢。礦山企業(yè)要認(rèn)識到礦山測量數(shù)字化的重要性，在評估企業(yè)自身實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，對測量人員提出具體的技術(shù)要求，構(gòu)建科學(xué)的測量管理體系，加大資金投入，以保證數(shù)字化測量技術(shù)可以為企業(yè)創(chuàng)造更多的利潤。本文就針對數(shù)字化測量技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用展開討論。

礦山測量；數(shù)字化；應(yīng)用

1 數(shù)字化礦山測量

其實(shí)具體而言，所謂的數(shù)字化礦山測量技術(shù)包括五大系統(tǒng)，即采集、調(diào)度、功能、包裝以及核心系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)的采集、處理均是通過采集系統(tǒng)來完成的，采集系統(tǒng)又包括四個(gè)子系統(tǒng)，即測量、勘探以及傳感與文檔等，它的主要作用就是把數(shù)字進(jìn)行數(shù)字化處理。調(diào)度系統(tǒng)的主要作用是提供拓?fù)涞慕⒑途S護(hù)；查詢與分析空間；制圖并輸出；此外，數(shù)據(jù)訪問的控制、接口的開放以及生產(chǎn)調(diào)度等均是通過調(diào)度系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的；所謂的功能系統(tǒng)即提供各種專業(yè)模擬和分析功能的模塊，其包括SC、AI以及SA與MCAD等等；包裝系統(tǒng)主要是提供三維建模工具；對多源異質(zhì)礦山數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、封裝和組合，主要包括數(shù)據(jù)挖掘工具和3DGM；最后的核心系統(tǒng)則是對數(shù)據(jù)、模型進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并進(jìn)行決策分析和支持。由以上分析可以看出，整個(gè)礦山數(shù)字化系統(tǒng)最核心的部分就是數(shù)據(jù)信息。

DM是以礦山相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)倉庫以及屬性數(shù)據(jù)倉庫為基礎(chǔ)的，其中地理空間數(shù)據(jù)倉庫主要是對海量的信息進(jìn)行管理，比如井上、井下礦山的地物的幾何信息與拓?fù)湫畔?；而屬性?shù)據(jù)倉庫的主要作用是則對礦山相關(guān)的屬性信息加以管理。要以完善的礦山地理信息系統(tǒng)為前提，在以此為基礎(chǔ)建立起模型倉庫，對各種專業(yè)應(yīng)用模型加以管理，其主要是服務(wù)于礦業(yè)工程的生產(chǎn)、發(fā)全、管理以及決策、經(jīng)營等活動，比如計(jì)算、預(yù)計(jì)開采沉陷、計(jì)算頂板垮落、建立圍巖運(yùn)動模型、計(jì)算儲量、解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)以及建立瓦斯聚集模型等等。做個(gè)形象的比喻，數(shù)據(jù)倉庫就好比運(yùn)輸車輛，而其所管理的各種數(shù)據(jù)及礦業(yè)模型，就好比車輛所運(yùn)輸?shù)呢浳?，由此可見，?shù)字化的礦山測量技術(shù)所做的數(shù)據(jù)采集、組織管理等工作，就是為建立地理空間基礎(chǔ)信息系統(tǒng)、地理空間系統(tǒng)而服務(wù)的，

2 礦山測量工作中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 三維可視化技術(shù)

所謂的三維可視化技術(shù)是對模型進(jìn)行立體化描繪與理解的技術(shù)手段，其是數(shù)據(jù)體表征形式的一種。利用三維可視化技術(shù)，對礦體的空間信息、礦體與地表地形的空間位置關(guān)系均可以有更全面的理解，提高了測量人員空間分析的能力。三維動畫軟件是實(shí)現(xiàn)三維可視化的主要手段，常用的軟件有3DS MAX以及Maya，下面我們就以Maya為例談?wù)勅S動畫軟件的應(yīng)用。Maya不但有基礎(chǔ)的三維以及視覺效果制作功能，而且還包括現(xiàn)在最先進(jìn)的毛發(fā)渲染、運(yùn)動匹配以及布料模擬和建模數(shù)字化等功能，由于其具有靈活、簡單、完善等特點(diǎn)，所以可以大幅提高三維可視化模型的品質(zhì)與制作效率。其具體的制作流程如下：

第一步，建模，主要是建立場景的造型與道具。在Maya中，所有的模型均是點(diǎn)、線、面構(gòu)成的，所以模型的布線也一定要是常規(guī)的布線方式，比例也要與實(shí)際相符。Maya有三種建模工具組，分別為多邊形、細(xì)分曲面以及NURBS等，應(yīng)用建模工作組，并適當(dāng)調(diào)節(jié)點(diǎn)、線、面，即可把礦井中的實(shí)際情況以及礦山機(jī)械的工作情況用三維模型快捷的表現(xiàn)出來，并且效果與真實(shí)情況非常接近。

第二步，貼材質(zhì)，即質(zhì)感。因?yàn)榻⒌某跏寄Ｐ筒痪邆涫挛锾卣?，即沒有光澤與顏色，所以要在詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，獲取周圍環(huán)境中與模型相近的特征，比如顏色光澤、光滑度以及反射效果等等，然后把這些屬性特征予以數(shù)字化處理后賦予到物體上，提高模型的真實(shí)度。如果一些特征通過材質(zhì)難以完成，比如紋理與明暗效果等，可以將物體原來的UV坐標(biāo)導(dǎo)出，通過其它的繪圖軟件出理后再賦予物體。

第三步，渲染，這個(gè)過程可以利用Maya的燈光來完成。通常每個(gè)場景均需要多個(gè)燈光，按照事物氛圍進(jìn)行燈光的搭配，并調(diào)節(jié)燈光的顏色強(qiáng)弱、輻射范圍以及明暗效果等，將模擬世界的畫面渲染出來。

第四步，動畫，按照攝像機(jī)所拍攝的畫面，在時(shí)間與位置上進(jìn)行合理的結(jié)合，并通過Maya中的蒙皮技術(shù)、骨骼系統(tǒng)、粒子系統(tǒng)等完成動畫或者特效。

2.2 數(shù)字化資料處理技術(shù)

在建立數(shù)字化礦山測量系統(tǒng)的過程中，資料的數(shù)字化處理也是非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。礦山測量工作包括測量數(shù)據(jù)的采集、處理以及存儲管理，而測量數(shù)據(jù)的類型主要分為數(shù)字、圖形以及文字與表格等等。測量數(shù)據(jù)數(shù)字化的處理具體而言就是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助繪圖，以及測量資料的電子圖表化。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方面的數(shù)字化，并進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，很多礦山測量工作者均會通過AutoCAD和VB等軟件進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。而二次開發(fā)的應(yīng)用技術(shù)主要包括兩個(gè)方面，即面向?qū)ο蟮腃AD技術(shù)以及面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫技術(shù)。

礦山測量工作人員可以通過Activex Automation對AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)，而開發(fā)工具可以選擇面向?qū)ο蟮母呒夐_發(fā)語言，比如VB或者VC等。通過繪圖對象以及非繪圖對象對其所提供的AutoCAD對象進(jìn)行操縱，即可實(shí)現(xiàn)測量繪圖的開發(fā)。不僅提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且提高其易維護(hù)性及健壯性。按照礦山測量的實(shí)際情況，利用對AutoCAD的二次開發(fā)，可以建立起測量數(shù)字化的應(yīng)用系統(tǒng)，從而方便、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的測量數(shù)據(jù)處理以及圖紙制作。

[1]邱本立，周青青，王建有.數(shù)字化測量技術(shù)在礦山測量的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(9).

[2]和春燕，校紅杰，馬春萍.淺議我國礦山測量中的數(shù)字化應(yīng)用[J].科技向?qū)В?010(7).

[3]吳飛，劉宏發(fā).礦山測量數(shù)字化的研究與實(shí)踐[J].礦業(yè)工程，2009(11).

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1674-6708（2011）53-0132-01