范湘平，周祁斐

（湖南省地質(zhì)測繪院，湖南 衡陽 421099）

現(xiàn)如今，隨著大數(shù)據(jù)時代浪潮的不斷推進(jìn)和發(fā)展，三維技術(shù)逐漸被社會各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。尤其是在礦產(chǎn)開采領(lǐng)域，更是得到了大量運(yùn)用。這些技術(shù)不僅對礦山地質(zhì)的測量、分析發(fā)揮著極大的作用，同時還在一定程度上降低了測量者的工作強(qiáng)度，并且有效地提高了礦山開采工作的效率和質(zhì)量[1]。其實(shí)，礦山開采是一項(xiàng)非常需要專業(yè)性和技術(shù)性的工作。在礦山開采數(shù)據(jù)測量的時候，是要求測量者有著深厚的專業(yè)知識和技能作為基礎(chǔ)的。除此之外，在測量的過程中，也會用到各種各樣先進(jìn)的測量儀器和測量技術(shù)，如果測量人員不具備獨(dú)立操作的能力，那也勢必會對測量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，從而打斷礦山的開采進(jìn)度。其實(shí)，礦山的開采可以形成一個較為完整的測量制度，開采人員在施工前可以按照制度中相對應(yīng)的項(xiàng)目進(jìn)行測量，可以極大地提高工作質(zhì)量和效率。影像定位技術(shù)是目前最新的定位技術(shù)，多用于礦山的開采和區(qū)域地質(zhì)的全面分析上，它可以對某一處的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行全方位的掃描，獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，隨后，根據(jù)信息對地質(zhì)特征進(jìn)行具體的分析，得出分析結(jié)果，為礦山的開采也提供了極大的便利。因此，在影像定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用三維測量與修正方法，對礦山的不良地質(zhì)情況進(jìn)行細(xì)致分析與研究。以此來推動礦產(chǎn)品以及相關(guān)行業(yè)的進(jìn)一步創(chuàng)新與發(fā)展。

1 影像定位技術(shù)下的礦山地質(zhì)三維測量與修正方法設(shè)計

1.1 對礦山不良地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行全面性三維掃描

近幾年來，三維激光掃描技術(shù)日益成熟，逐漸成為地質(zhì)勘測中的一項(xiàng)重要工具。因此，利用三維掃描技術(shù)對礦山的不良地質(zhì)進(jìn)行分析。首先，利用GPS對需要測量的礦山進(jìn)行定位，在確定其具體位置之后，將三維掃描儀安裝在無人機(jī)上，操控?zé)o人機(jī)飛至空中，沿直線向前飛行。此時，打開三維掃描儀，將其設(shè)定為全景高清模式，并在系統(tǒng)中添加掃描分析的指令。當(dāng)無人機(jī)飛至礦山正上方時，停留1分鐘，利用掃描儀對整個礦山的相關(guān)情況進(jìn)行復(fù)制掃描。將相關(guān)地貌特征進(jìn)行定點(diǎn)，利用感應(yīng)器在圖上進(jìn)行標(biāo)記。隨后，利用控制器將無人機(jī)設(shè)定為環(huán)繞模式，使其繞礦山進(jìn)行飛行，當(dāng)飛行至定位點(diǎn)處，降低飛行高度，貼近地面，利用定向遙感器和激光測距功能對地質(zhì)進(jìn)行高分辨率掃描[2]。并在系統(tǒng)中依據(jù)定位建立三維坐標(biāo)，將整個礦山的空間位置融入，其原理圖如圖1所示。

圖1 礦山地質(zhì)測量三維原理圖

圖1為礦山測量的三維原理圖，從圖中可以看出，三維測量的坐標(biāo)建立是具有層次的，在一定程度上對礦山地質(zhì)的現(xiàn)狀進(jìn)行精準(zhǔn)還原。另外，在全貌測量完畢之后，還需要對其采空區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。這一區(qū)域主要是利用三維掃描儀，再結(jié)合電磁射波技術(shù)對礦山區(qū)域先進(jìn)性二維探測，之后，通過預(yù)測，大致判斷采空區(qū)的三維空間形態(tài)、空間體積以及邊界，最后，將掃描儀調(diào)至賦存狀態(tài)，將無人機(jī)飛至采空區(qū)上方，對之前的預(yù)測區(qū)域進(jìn)行二次掃描，最終確立不良地質(zhì)的定位，并將獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，以作備用。

1.2 利用三維數(shù)字測量技術(shù)獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)

對礦山地質(zhì)進(jìn)行全面性掃描之后，接下來，利用三維測量技術(shù)獲取礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析。首先，利用系統(tǒng)中的三維坐標(biāo)將礦山中定位的所有不良地質(zhì)區(qū)域劃歸為同一條件。掃描儀在掃描的過程中，會得到地址的應(yīng)力條件數(shù)據(jù)，將其帶入坐標(biāo)軸中，可以得出其步距數(shù)值。隨后，可以利用三維激光分析儀對定點(diǎn)的區(qū)域做數(shù)據(jù)提取，并將其縮小比例，建立不良地質(zhì)區(qū)域模型，利用三維遙感技術(shù)在系統(tǒng)中呈現(xiàn)。在這個模型中，地質(zhì)的深度、寬度、礦山周圍的環(huán)境情況、土質(zhì)等都會依照現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行復(fù)核，呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)也是相對較為準(zhǔn)確，可靠的。

1.3 通過偶距計算對數(shù)據(jù)進(jìn)行三維修正與分析

利用三維測量技術(shù)獲取到礦山的不良地質(zhì)數(shù)據(jù)之后，接下來，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行修正計算與分析。先計算出礦山地質(zhì)的偶距，公式1如下：

公式中，R表示地址的偶距系數(shù)，r表示穩(wěn)態(tài)圓周固定值，Δy表示傾力值，a表示偶距，n為力距最大平衡值。所以，通過計算，可以得出礦山地質(zhì)的不良慣性系數(shù)。隨后，通過系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，來對礦山不良地質(zhì)進(jìn)行分析。如表1所示：

表1 偶距系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

通過表1，對礦山的不良地質(zhì)進(jìn)行分析，如果計算出來的系數(shù)因子在50以下，且傾力值在0.452136以下，那就表明此區(qū)域的地質(zhì)情況十分惡劣，不宜進(jìn)行礦產(chǎn)資源的開采，應(yīng)該對其進(jìn)行三維修正分析，但是，反之不則可以進(jìn)行開采。

1.4 利用影像定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦山不良地質(zhì)的最終測量

由于礦山的開采對于水文環(huán)境的要求是十分嚴(yán)苛的。而且，一般情況下，存在礦產(chǎn)資源的礦山水文環(huán)境都相對較為復(fù)雜，因此，需要先通過紅外線技術(shù)和影像定位技術(shù)，對礦山的水文環(huán)境進(jìn)行勘察。利用影像定位技術(shù)先確定水源的位置，再利用地質(zhì)測繪還原技術(shù)，將所有水源按照比例縮小，添加至三維立體模型之中。通過模型中的其他條件，計算出河流或者水源的深度、長度等數(shù)據(jù)信息。除此之外，依照當(dāng)?shù)厮牡牧飨蛱卣骱脱诱狗较颍糜跋穸ㄎ患夹g(shù)了解礦山中地下水的位置情況[3]。通過這項(xiàng)技術(shù)，可以更好地了解礦山不良地質(zhì)的實(shí)際情況，獲取的數(shù)據(jù)信息也具有一定的使用價值，為日后礦山工程的建立提供了很大的幫助。

2 方法測試

2.1 測試準(zhǔn)備

本次主要對在影像定位技術(shù)下的礦山不良地質(zhì)進(jìn)行三維測量與修正分析。選取某一處礦山作為本次測試的對象，測試共分為兩組，一組為傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)測量法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)組，另一組是本文設(shè)計的測試方法，將其設(shè)定為測試組。另外，還需要準(zhǔn)備三維技術(shù)掃描儀、紅外線影像定位器等設(shè)備，輔助測試。現(xiàn)在開始測試。

2.2 測試過程

首先，對本文設(shè)計的方法進(jìn)行測試。利用GPS對礦山的所在地進(jìn)行定位。之后，觀察礦山的實(shí)際情況，利用三維掃描儀對其進(jìn)行全面性掃描，排除不良因素。接下來，在確保測量環(huán)境穩(wěn)定之后，將掃描得到的數(shù)據(jù)記錄下來。利用紅外線影像定位器對礦山地質(zhì)的情況進(jìn)行分析。影像定位技術(shù)主要是以步距法巷道導(dǎo)線點(diǎn)對地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量獲取的，測量標(biāo)準(zhǔn)如下表2所示：

表2 步距法巷道導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)表

公式中：Q表示線性誤差系數(shù)數(shù)值，X表示最大步距，Y表示最小步距，n表示應(yīng)力因子數(shù)值。通過計算。最終得出測量的誤差值。之后，利用傳統(tǒng)方法對礦山的不良地質(zhì)進(jìn)行測量分析，得出最終的誤差系數(shù)值。測試共進(jìn)行3次，將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總對比，得出測試結(jié)果。

2.3 測試結(jié)果

通過以上測試，得出兩組數(shù)據(jù)，現(xiàn)將這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如表3所示：

表3 礦山不良地質(zhì)測量結(jié)果線性誤差系數(shù)對比表

從表3中可以得知，傳統(tǒng)的地質(zhì)測量方法的線性誤差系數(shù)相對較高，而測試組的線性誤差系數(shù)均在10%以下，證明測試結(jié)果相對較為準(zhǔn)確、可靠。因此，可以證明本文設(shè)計的測量方法更好。

3 結(jié)語

目前，在大數(shù)據(jù)飛速發(fā)展的時期，影像定位技術(shù)逐漸與三維測量技術(shù)相融合，更加凸顯出其高精準(zhǔn)性的優(yōu)勢，這種模式不僅提升了礦山開采行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時也在一定程度上保證了相關(guān)工作人員的人身安全。另外，近幾年，這項(xiàng)技術(shù)在相關(guān)行業(yè)早已經(jīng)被普遍地使用，并且為礦山的不良地質(zhì)測繪工作提供了極大的幫助，也推進(jìn)了地質(zhì)測量的發(fā)展進(jìn)程。所以，影像定位技術(shù)與三維測量技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，使地質(zhì)測量朝向科學(xué)化、多元化、嚴(yán)謹(jǐn)化的方向發(fā)展，也逐漸成為地質(zhì)工程建設(shè)的主要技術(shù)之一。