楊文元

摘 要：文章詳細(xì)介紹了當(dāng)前正廣泛應(yīng)用的幾種礦山測(cè)量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，闡述了各自的原理、方法和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而論述了礦山數(shù)據(jù)處理和三維巷道建模之間的關(guān)系，也對(duì)三維巷道建模的方法和要領(lǐng)進(jìn)行了剖析，以期為礦山從業(yè)者提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)量;數(shù)據(jù)處理;原理;三維;建模

0 引言

礦產(chǎn)資源在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展中起著非常重要的作用，是一切工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而對(duì)于礦產(chǎn)資源的合理高效開(kāi)采來(lái)說(shuō)，礦山地理信息化管理顯得尤為重要，尤其是地下開(kāi)采的礦井，礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的處理和三維巷道建模方法是礦井作業(yè)的核心基礎(chǔ)，礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否直接影響整個(gè)礦井的開(kāi)采布置、工藝選取和資源回采率。然而，就我國(guó)當(dāng)前礦山測(cè)量相關(guān)信息化管理的軟件整體情況來(lái)看，常用的方法有航測(cè)成圖、原圖處理和地面數(shù)值化成圖三種，但大多還是以繪圖為主要功能模塊，三維巷道建模的方式方法尚不完善，測(cè)量數(shù)據(jù)處理和三維巷道建模二者之間沒(méi)有很好的融合，功能集成有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

1 礦山測(cè)量數(shù)據(jù)處理

礦山測(cè)量是是礦區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)性工作，其工作內(nèi)容主要是對(duì)礦山原始地貌、坐標(biāo)位置和幾何要素進(jìn)行測(cè)繪與計(jì)算，并對(duì)礦山開(kāi)采過(guò)程中各分部分項(xiàng)工程、建筑以及各種構(gòu)筑物（巷道）的幾何關(guān)系進(jìn)行研究的一門(mén)技術(shù)手段。同時(shí)，一方面，根據(jù)礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，對(duì)礦山開(kāi)采施工過(guò)程中各項(xiàng)采礦幾何要素進(jìn)行復(fù)核與監(jiān)督，確保采礦行為合法合規(guī)，避免超采、越界開(kāi)采等違法現(xiàn)象;另一方面，對(duì)巖層異動(dòng)和邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定期或不定期的觀測(cè)與計(jì)算，為安全技術(shù)措施和階段性的開(kāi)采計(jì)劃的編制與實(shí)施提供依據(jù)，確保在滿足安全的前提下盡可能的提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率[1]。

當(dāng)前，數(shù)字化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于礦山測(cè)量領(lǐng)域，有效促進(jìn)了礦山測(cè)量工作質(zhì)量，提升了測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是突破了傳統(tǒng)測(cè)量制圖的局限性，借助于計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真手段，可以較全面地在計(jì)算機(jī)終端上展現(xiàn)礦山地形要素，更為直觀具體，對(duì)開(kāi)采活動(dòng)的實(shí)施更有指導(dǎo)性;二是測(cè)量數(shù)據(jù)處理速度大大提高，能很快的實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的整合和處理，形成相應(yīng)的圖紙指導(dǎo)礦山開(kāi)采工作;三是應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，可以對(duì)各類確定、不確定的因素進(jìn)行綜合分析判斷，測(cè)量結(jié)果更具有實(shí)用性，應(yīng)用范圍也更廣，同時(shí)還節(jié)約了時(shí)間、人力成本等[2]。

目前應(yīng)用在礦山的測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種：

1.1 RS 技術(shù)

亦稱遙感技術(shù)，包括信息傳輸技術(shù)、信息分析技術(shù)、傳感器技術(shù)及測(cè)量技術(shù)等組成部分，優(yōu)勢(shì)明顯：測(cè)量耗時(shí)段;測(cè)量精度高;快速成圖;可對(duì)礦山周遭的實(shí)況開(kāi)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.2 GPS 技術(shù)

分為監(jiān)控、空間和用戶三個(gè)部分，主要依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有靈活性高、可全天候?qū)嵤┑奶攸c(diǎn)，且不易出現(xiàn)測(cè)量誤差積累的現(xiàn)象，在礦山地籍測(cè)量工作中應(yīng)用廣泛。

1.3 GIS 技術(shù)

亦稱地理信息技術(shù)，原理是基于地理空間，結(jié)合相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，展開(kāi)計(jì)算分析，從而達(dá)到數(shù)據(jù)信息收集、處理、傳遞和使用的功能，建立礦山信息平臺(tái)。

1.4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，將通過(guò)測(cè)量方式采集到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為圖形、表格、圖表等直觀形式，常用到的工具有CAD、C語(yǔ)言、Visual Basic語(yǔ)言等，同時(shí)，使用者也可以根據(jù)實(shí)際需要，這些軟件實(shí)施二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)更好的展示效果。

1.5 數(shù)字化繪圖技術(shù)

隨著礦山開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大或已開(kāi)采時(shí)間的持續(xù)加長(zhǎng)，地形地貌、巷道布置等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息將變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致測(cè)量工作量也相應(yīng)增大，對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度和測(cè)量效率均提出了更高的要求，而數(shù)字化繪圖技術(shù)便具有智能化繪圖功能，可在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)礦山地形地貌、建筑物布置與施工進(jìn)度加以詳細(xì)呈現(xiàn)，為采掘活動(dòng)的接續(xù)和優(yōu)化提供了良好基礎(chǔ)。此外，數(shù)字化繪圖還不受圖紙尺寸的限制，可方便地進(jìn)行修改完善[3]。

1.6 三維可視技術(shù)

運(yùn)用數(shù)字化成圖軟件，形象地展現(xiàn)礦山空間信息和位置關(guān)系，具有很強(qiáng)的既視感，建模方法包括模型構(gòu)建、粘貼材質(zhì)和模型渲染三個(gè)部分。

2 三維巷道建模技術(shù)與方法

首先要明晰礦山測(cè)量和礦山巷道三維建模之間的關(guān)系，二者之間是相互作用的關(guān)系，前者是后者的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，后者又可讓測(cè)量人員更好地掌握礦山內(nèi)部構(gòu)造，通過(guò)分析以往測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)礦山測(cè)量工作的完善起到促進(jìn)作用，減少測(cè)量工作量[4，5]。

三維巷道巷道就是基于測(cè)量所獲得的巷道信息數(shù)據(jù)，借助于三維可視化技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)，建立礦井三維巷道模型，對(duì)礦山的可視化和立體化要求可以通過(guò)真實(shí)的圖像和圖形呈現(xiàn)出來(lái)，達(dá)到直觀立體和動(dòng)態(tài)觀察的目的。三維巷道的數(shù)據(jù)模型如圖1所示，可將井下的每條巷道比擬成一條巷道線，節(jié)點(diǎn)和巷道線的拓?fù)潢P(guān)系可以表述為節(jié)點(diǎn)是巷道線轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，成像前，導(dǎo)線點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)及弧段和巷道線構(gòu)成了三維數(shù)據(jù)庫(kù)的原始信息，任意一條巷道線只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，巷道空間的每個(gè)點(diǎn)都具有三維坐標(biāo)，根據(jù)設(shè)置好的參考坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，便可得到整條巷道的立體模型，依次類推，便可得到整個(gè)礦井三維巷道網(wǎng)絡(luò)[6，7]。

需要注意的是，由于礦山巷道的不規(guī)整性，而三維建模時(shí)是存在對(duì)一些次要因素進(jìn)行理想化處理的現(xiàn)象，這就對(duì)礦山測(cè)量方法的選擇和測(cè)量人員的技術(shù)水準(zhǔn)提出了較高要求，必要的時(shí)候，要采取人工復(fù)測(cè)的方式對(duì)機(jī)器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、修正，盡可能地降低測(cè)量誤差，同時(shí)，還要充分考慮井下因長(zhǎng)期地應(yīng)力影響導(dǎo)致的巷道變形等因素，在保證數(shù)據(jù)可靠性的前提下，最大限度地呈現(xiàn)礦山巷道三維結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

礦山測(cè)量數(shù)據(jù)處理與三維巷道建模是項(xiàng)系統(tǒng)性的技術(shù)工作，伴隨著測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)等自動(dòng)化、信息化技術(shù)的快速發(fā)展，也給從業(yè)者提出了更高的要求，要不斷的去學(xué)習(xí)研究，加以實(shí)踐應(yīng)用，促進(jìn)礦山信息化建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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