于宏宇
(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊,遼寧 沈陽110000)
當(dāng)今社會的科技發(fā)展水平不斷提高,使社會發(fā)展進(jìn)入到了數(shù)學(xué)化趨勢。在地質(zhì)工程方面,數(shù)字成像和制圖技術(shù)在采礦業(yè)中的應(yīng)用可以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益,同時提高采礦質(zhì)量[1]。礦山的工程地質(zhì)學(xué)是一個非常復(fù)雜的工程項目。為了有效地實現(xiàn)礦山地質(zhì)工程的發(fā)展目標(biāo),必須保證采礦的質(zhì)量和效率[2]。傳統(tǒng)的地質(zhì)測繪技術(shù)會出現(xiàn)差異性,使測繪的信息無法滿足礦山工程需求,因此,將新型礦山數(shù)字化測繪技術(shù)應(yīng)用到未來工程發(fā)展當(dāng)中。
(1)地圖數(shù)字化測繪技術(shù)。數(shù)字化測繪技術(shù)發(fā)展過程中,主要是利用現(xiàn)代化計算機技術(shù)的優(yōu)點,并將其所勘查到的地質(zhì)工程數(shù)據(jù)及制圖輸入到計算機系統(tǒng)中,從而可以實現(xiàn)高效率的測繪信息傳輸。在實現(xiàn)數(shù)據(jù)話測繪時,可以減少工程地質(zhì)的工作量,從而可以提高經(jīng)濟(jì)效益。在傳統(tǒng)的礦山工程開采,通常是利用手動測量技術(shù),這就增加了現(xiàn)場地質(zhì)工程人員的工作量,并且增加測試地質(zhì)人員的經(jīng)驗與可持續(xù)性。環(huán)境、天氣和其他因素會影響地質(zhì)工作的發(fā)展或準(zhǔn)確性[3]。通過使用計算機技術(shù)和現(xiàn)代電子設(shè)備,地圖和制圖技術(shù)的數(shù)字調(diào)查可以減少地質(zhì)工作期間暴露于不利因素的可能性。數(shù)字化測繪制圖技術(shù),是以衛(wèi)星觀測進(jìn)行定位為基礎(chǔ),利用定位系統(tǒng)將礦山工程進(jìn)行測繪,從而實現(xiàn)礦山地質(zhì)工程數(shù)字制圖的形成[4]。
(2)數(shù)字化成圖系統(tǒng)測繪技術(shù)。數(shù)字系統(tǒng)的勘測技術(shù)是基于地質(zhì)和地球物理勘測數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù),并結(jié)合了先進(jìn)的電氣設(shè)備和智能軟件,從而實現(xiàn)智能化信息技術(shù)測繪。該技術(shù)實際發(fā)展與應(yīng)用,是對現(xiàn)場調(diào)查人員提出了嚴(yán)格的要求,對現(xiàn)場進(jìn)度的制度要利用經(jīng)驗來分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)[5]。礦山的巖土工程服務(wù)部門提供的大地測量和制圖數(shù)據(jù),數(shù)字制圖系統(tǒng)的后續(xù)工作。傳統(tǒng)的采礦地質(zhì)和工程地質(zhì)工作需要大量的人力和時間,大地測量和制圖技術(shù)可以理想地解決此問題。將電子手冊與全站儀進(jìn)行應(yīng)用,可以加快地質(zhì)勘查工作,從而可以減輕工程難度,使地質(zhì)勘查質(zhì)量及精準(zhǔn)度得到提高,實現(xiàn)了良好的地質(zhì)工程勘查狀態(tài)。
當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,其數(shù)字勘測技術(shù)的發(fā)展可以分為四個階段:從遙感技術(shù)(RS),地理信息技術(shù)(GIS),全球定位技術(shù)(GPS)到數(shù)字技術(shù)和其他新技術(shù)。GPS、GIS、遙感、數(shù)字大地測量學(xué)和制圖學(xué)等技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用,使其有可能實施新的科學(xué)有效的工程測量方法。
其中,數(shù)字測量與制圖技術(shù)已成為礦山測量技術(shù)的新寵。它已得到采礦主管的高度贊譽,并廣泛用于礦山勘測中。通常數(shù)字大地測量技術(shù)體現(xiàn)在五個主要系統(tǒng)中,即收集、計劃、功能、包裝和主要系統(tǒng)。數(shù)字成像和制圖技術(shù)的使用更適合于礦山勘探、設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)和運營的各個階段。它結(jié)合了礦山測量與現(xiàn)代技術(shù),擴(kuò)大了礦山測量的生活空間和范圍,并為礦山測量的改進(jìn)和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。這更符合市場經(jīng)濟(jì)和采礦制度的改革。
借助計算機建模技術(shù),可以實現(xiàn)數(shù)字勘測和制圖技術(shù)在礦山勘測中的應(yīng)用,該技術(shù)可以在計算機網(wǎng)絡(luò)上直接反映礦山中的地形和地籍信息,并可以直接使用測量數(shù)據(jù)來指導(dǎo)和控制采礦作業(yè),進(jìn)行以減少不必要的成本并提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率。
(1)數(shù)字化測繪技術(shù)能降低測量人員的工作強度。在礦山工程測量當(dāng)中,要采用數(shù)字測繪技術(shù)更為校正測量信息,在一定程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品利用率,延長產(chǎn)品使用壽命,有效降低測量師的工作量和復(fù)雜度,工作強度大大縮短了生產(chǎn)周期,根據(jù)測量結(jié)果提高工作效率,并可以在相對較短的時間內(nèi)滿足各種客戶的需求。
(2)相對手工繪圖,數(shù)字化測繪技術(shù)的成圖精度較高。當(dāng)數(shù)字地圖系統(tǒng)正在收集數(shù)據(jù)時,可以使用全站儀自動原位收集和存儲3D地形坐標(biāo)。在工業(yè)數(shù)據(jù)處理中,它可以完全保持現(xiàn)場調(diào)查的準(zhǔn)確性,并減少不必要的錯誤。提高現(xiàn)場效率,顯著降低運營成本,并最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。
(3)數(shù)字化技術(shù)能完全展現(xiàn)測繪對象的形象和特征。數(shù)字大地測量和制圖技術(shù)可以通過各種媒體技術(shù)(例如計算和建模),在傳統(tǒng)的勘測和制圖過程中更改數(shù)字和符號等無序圖像,更好地存儲數(shù)字產(chǎn)品以及通過各種媒體技術(shù)來充分顯示大地測量和制圖對象的圖像和特征。簡化產(chǎn)品存儲處理并簡化產(chǎn)品修改。使產(chǎn)品保持最新狀態(tài)且不可變形,以避免重復(fù)進(jìn)行測量和制圖,減少測量和制圖紙的浪費,并改善地形圖在工程測量和制圖中的使用。
(4)礦山地質(zhì)工程數(shù)字化測繪技術(shù)的核心能力體現(xiàn)為計算、數(shù)字化記錄儲存。通過轉(zhuǎn)換數(shù)字信息,可以準(zhǔn)確執(zhí)行大地測量和制圖工作以及定位功能。一旦有關(guān)礦山地質(zhì)工程的地質(zhì)信息由于天氣和環(huán)境等外部因素而發(fā)生變化,地質(zhì)人員還可以及時更新數(shù)字勘測和制圖以跟蹤數(shù)字信息。更新數(shù)據(jù)和坐標(biāo)已提高了數(shù)字成像和制圖技術(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性?;镜牟傻V地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)完成后,從而有益于計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,這樣可以直接應(yīng)用到地質(zhì)測繪當(dāng)中,可根據(jù)不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與精準(zhǔn)度,可以對其進(jìn)行實時監(jiān)測,并將所監(jiān)測的信息進(jìn)行打印。
現(xiàn)代礦山測量的主要任務(wù)可概括為:在合理范圍內(nèi)的勘探,設(shè)計,開發(fā),生產(chǎn)和運營階段,收集,存儲,加工,展示,分析和使用地面和地下空間資源(主要是礦產(chǎn)資源和土地資源)以及有關(guān)礦區(qū)環(huán)境的信息,從而可以有效開發(fā)礦產(chǎn)資源,并要對資源進(jìn)行保護(hù),使礦山工程得到可持續(xù)發(fā)展。
4.2.1 礦山數(shù)字化和數(shù)字化成圖—自動化礦山地學(xué)信息系統(tǒng)
礦山數(shù)字化勘查已經(jīng)成為礦山地質(zhì)信息采集的基本方法,這是實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化收集,從而降低了礦山勘查成本。全面利用所采集的數(shù)據(jù)來源,利用此數(shù)據(jù)建立礦山的基本信息,及地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫,保持礦山地質(zhì)信息系統(tǒng)的暢通,如下圖1所示。這樣做的過程,要注意模式識別和專家系統(tǒng)理論,該研究的最終目標(biāo)是使山地地圖數(shù)據(jù)的收集,識別和處理自動化。
圖1 礦山數(shù)字化測繪技術(shù)流程
(1)三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)是一種用于建立礦山數(shù)據(jù)模型,并渲染將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視圖像的三維圖像的技術(shù)。首先,我們需要建立一個模型。它通過智能地協(xié)調(diào)和規(guī)劃軟件中的點,線和面來執(zhí)行此操作,以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)生成礦體的數(shù)字模型,該模型可以顯示礦體的位置和形狀并模擬礦體的特定細(xì)節(jié)。開發(fā)工作。第二,將材料附加到模型。在建模的第一階段,我們可以大致了解礦體的宏觀圖像,并且材料應(yīng)根據(jù)實際條件賦予模型某些屬性,例如顏色,光澤,光滑度,反射效果等。一步將大大提高模型的真實性。第三,渲染的主要內(nèi)容是為模型添加照明。模擬真實情況,智能地定位光源和光強度,并渲染模擬圖像。最后,制作動畫。根據(jù)實際的DV拍攝情況,模擬動畫場景并使靜態(tài)對象動態(tài)化。
(2)數(shù)字化資料處理技術(shù)。礦山勘測中的數(shù)據(jù)處理主要是指數(shù)字、圖形、文本和表格的處理,包括收集、處理和存儲等。在此過程中,可以使用專業(yè)的數(shù)字處理軟件(例如VB等)來有效地創(chuàng)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫,并可以改善數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)共享,可維護(hù)性和易于存儲性。
4.2.2 礦山開采環(huán)境的綜合評價與治理—礦山開采環(huán)境四維動態(tài)信息系統(tǒng)
針對礦山地質(zhì)空間狀態(tài)的不斷變以及開采機構(gòu),在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型建立上,研究出可適用于礦山地質(zhì)空間的綜合數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu),從而可以使建立的地質(zhì)與采礦信息更加有效。該系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到如下目標(biāo):①實現(xiàn)各類地質(zhì)采礦條件下開采沉陷的四維動態(tài)模擬,為礦山開采沉陷的綜合治理提供依據(jù)。②實現(xiàn)礦區(qū)生產(chǎn)管理的動態(tài)模擬,為主管部門提供決策咨詢。③實現(xiàn)礦區(qū)土地資源自動化管理,為礦區(qū)開采環(huán)境的綜合評價與治理提供依據(jù)。
采礦和地質(zhì)工程中的現(xiàn)代數(shù)字勘測和制圖技術(shù)通??捎糜诟鞣N工程和地質(zhì)勘測中。無論是地形圖,垂直和水平橫截面圖,大地測量控制圖以及其他測量和制圖,數(shù)字測量和制圖技術(shù)都可以在戶外使用。數(shù)字成像測繪技術(shù)的運用,不僅可以理想地解決傳統(tǒng)地質(zhì)技術(shù)的難點,而且可以消除傳統(tǒng)地質(zhì)技術(shù)的弊端、減少大地、制圖工具和人力資源的投入和使用,提高準(zhǔn)確率,和地質(zhì)作業(yè)的效率。不僅可以實現(xiàn)測繪的準(zhǔn)確性,而且還具有更大的靈活性并減少了外部非人為因素的影響。在未來的地質(zhì)工作中,數(shù)字成像和制圖技術(shù)將完全取代傳統(tǒng)的體力勞動。
簡而言之,礦山勘測涵蓋了許多學(xué)科,是采礦技術(shù)和大地測量科學(xué)與技術(shù)的主要結(jié)合。隨著科學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,礦山勘測的技術(shù)方法開始與數(shù)字技術(shù)緊密結(jié)合。地形勘測和制圖,以及由此產(chǎn)生的現(xiàn)代地形勘測和制圖方法,為礦山勘測的進(jìn)一步發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。數(shù)字測繪技術(shù)使測繪能夠基于智能,自動化和準(zhǔn)確度特征,整合采礦數(shù)據(jù)的收集,處理,控制,傳輸,分析,表達(dá),應(yīng)用和輸出,為采礦區(qū)的工程建設(shè)提供方便的參考。它們在現(xiàn)代礦山勘測中起著重要作用。