熊 飛
(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊,四川 成都 610052)
有效運用三維掃描技術(shù),能夠提高礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的工作效率和精細程度。結(jié)合礦山地質(zhì)的實際測繪情況,在GPS技術(shù)或全站儀的支持下,有效測量導(dǎo)線控制點,并在導(dǎo)線架上安裝儀器進行掃描或在礦區(qū)任意位置架設(shè)儀器,對整個公共標靶或其他公共點進行掃描,實現(xiàn)各個站點之間的拼接配準,以此達到整體聯(lián)測的目的,既有效降低了人工測量的失誤率,還能突破傳統(tǒng)測量目標點位信息不足的局限性。
目前,三維掃描技術(shù)主要通過以下兩種核心技術(shù)構(gòu)建測量目標的三維模型:第一,激光測距。相比于人工測距,激光測距的準確性更高,在連續(xù)激光器或脈沖激光器的作用下,借助反激光反射進行測量。連續(xù)發(fā)射的激光掃描射程最高可達40km,而整個測量過程的平均誤差不超過2mm。同時,利用激光測距原理還可以獲取大量目標點位信息,從而進行精準的決策和測量。通過激光掃描獲得的地質(zhì)模型,與實際模型完全吻合,甚至具有更高的分辨率。第二,網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與數(shù)字化建模技術(shù)。利用三維激光掃描設(shè)備將大量點位信息輸入網(wǎng)絡(luò),采取集中處理的方式將點位信息錄入數(shù)字建模軟件,能夠有效整合收集到的激光測距信息,提高礦山地質(zhì)監(jiān)測效率。最重要的是,在數(shù)字化建模技術(shù)的支持下,還能將相關(guān)數(shù)碼照片立體呈現(xiàn),有助于技術(shù)人員更深層次地掌握礦藏位置和礦藏深度等信息,為未來礦場采集工作的順利開展提供堅實保障。
傳統(tǒng)礦山儲量的動態(tài)監(jiān)測,主要依賴于人工測繪的方式完成相關(guān)工作,既無法保障地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)的精準度,又容易受到各種人為因素的影響,導(dǎo)致測繪工作效率無法得到基本保障,造成資源大量損耗,還無法幫助相關(guān)技術(shù)人員做出正確決策。但有效應(yīng)用三維掃描技術(shù)不但能解決以上問題,還能高效完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)模型構(gòu)建等工作,在一定程度上提高了礦山儲量動態(tài)監(jiān)測的效率和數(shù)據(jù)信息處理的準確度,在理論研究方面為相關(guān)工作人員提供了良好的礦山地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)處理指導(dǎo),促使工作人員制定出具有針對性的地質(zhì)信息測繪方案,整體提高了生產(chǎn)技術(shù)水平。另一方面,三維掃描技術(shù)還能幫助工作人員及時調(diào)整與更改設(shè)計方案,及時查找出方案中存在的問題和不足,在減輕相關(guān)人員工作負擔(dān)的同時還能降低時間成本與財力資源損耗。此外,有效運用三維掃描技術(shù)還有助于實時共享與傳輸?shù)刭|(zhì)測繪信息,將已經(jīng)過采集與處理后的數(shù)據(jù)信息存儲至云平臺后,還有助于工作人員實時更新與管理相關(guān)數(shù)據(jù)信息,為其日常管理工作帶來了極大的便利。
實際上三維掃描技術(shù)覆蓋了GPS技術(shù)和全站儀等較為先進的技術(shù)模塊,依托于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù),充分利用系統(tǒng)搜索和篩選功能,還能將待處理的數(shù)據(jù)信息進行有效整合,快速解決了三維掃描技術(shù)在使用過程中存在的各種問題。在先進的輔助技術(shù)支持下,還有助于快速采集與分析礦山儲量動態(tài)監(jiān)測信息,并通過計算機網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)處理與整合已采集的數(shù)據(jù)信息,真正意義上實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時共享與傳輸目標。
(1)在礦山地質(zhì)測繪中應(yīng)用三維掃描技術(shù)。可以充分利用GPS技術(shù)的定位功能和數(shù)據(jù)信息處理功能,在追蹤信息系統(tǒng)技術(shù)支持下全方位監(jiān)督與監(jiān)測礦山地質(zhì)的具體位置和周邊情況,并以圖文、動態(tài)視頻等直觀立體的方式向技術(shù)人員完整呈現(xiàn)出采集到的數(shù)據(jù)信息,將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行管理與存儲后,還能為相關(guān)工作人員創(chuàng)造更系統(tǒng)的信息訪問平臺。另一方面,將三維掃描技術(shù)與地質(zhì)檢測報告進行有機結(jié)合,建立系統(tǒng)的二維或三維動態(tài)模型,還能為技術(shù)人員帶來全新的視覺體驗,促使其更直觀清晰地感受到礦山地質(zhì)變化情況,為相關(guān)工作人員提供具有價值的參考依據(jù)。因此,在礦山地質(zhì)測繪工作中有效應(yīng)用三維掃描技術(shù)具有重要現(xiàn)實意義,利用信息系統(tǒng)中的測繪模塊還能有效優(yōu)化地質(zhì)測繪步驟,最大限度地提高了礦山地質(zhì)測繪工作的效率。例如,在開展礦山地質(zhì)測繪工作時,可充分利用地理信息系統(tǒng)中提供的礦山地質(zhì)構(gòu)造體系、礦山地質(zhì)信息、礦山測繪資料等。與此同時,相關(guān)工作人員還可以借助三維掃描技術(shù)高校整理礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)信息,為礦產(chǎn)資源開發(fā)工作等順利開展奠定良好基礎(chǔ)。
(2)在礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用三維掃描技術(shù)。實際上三維掃描技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)信息采集和圖形繪制功能,相關(guān)技術(shù)人員不但能高效處理礦山地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)信息,還能實時監(jiān)測礦山儲量和地質(zhì)變化情況。目前在礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用三維掃描技術(shù)時,主要集中在數(shù)據(jù)信息采集、建造立體的三維地質(zhì)動態(tài)模型等方面,旨在充分利用系統(tǒng)的歸類和整合功能,將處理后的數(shù)據(jù)信息進行存儲歸檔。在礦山地質(zhì)測繪工作實際開展過程中,還可以借助三維掃描技術(shù)完成礦山開采工作,基于地理信息系統(tǒng)動態(tài)分析與處理整個礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)信息,整體推動礦山地理信息模型趨于規(guī)范化和標準化,通過信息集成化角度完善礦山地質(zhì)信息系統(tǒng),為相關(guān)工作人員提供礦山地質(zhì)信息處理方面的指導(dǎo)依據(jù),促使其在實際工作過程中熟練掌握相關(guān)注意事項,最大限度地提高礦山開采工作的效率。另外,相比于傳統(tǒng)礦山地質(zhì)測繪模式,新時代背景下各項先進的信息系統(tǒng)可以批量存儲礦山地質(zhì)信息,有效解決了傳統(tǒng)人為操作負擔(dān)過重或人工處理數(shù)據(jù)時存在偏差等問題,真正意義上為礦山地質(zhì)測繪信息的科學(xué)性和可靠性提供了良好保障。
(3)在礦山地質(zhì)繪圖中應(yīng)用三維掃描技術(shù)。在礦山地質(zhì)測繪工作實際開展過程中,相關(guān)工作人員還可以借助三維掃描技術(shù)的圖形測繪功能,有效縮短礦山開采周期。利用三維掃描技術(shù)繪圖時,應(yīng)預(yù)先分析與整合礦山地質(zhì)測繪的基本信息和相關(guān)資料,從礦山地形圖色彩、規(guī)模以及變化規(guī)律等方面著手不斷優(yōu)化與完善測繪圖紙,并利用先進的三維掃描技術(shù)將繪制后的礦山地質(zhì)圖上傳至指定的計算機軟件,或?qū)⑵渲谱鳛樾⌒碗娮拥貓D,幫助相關(guān)工作人員更直觀地檢測到礦山測繪區(qū)域的地質(zhì)信息。最重要的是,三維掃描技術(shù)還能將收集到的數(shù)據(jù)信息編制為統(tǒng)計圖,并通過計算機屏幕完整呈現(xiàn)出來,有助于工作人員及時了解與掌握相關(guān)地理信息。最后,相關(guān)工作人員還可以將三維掃描技術(shù)和多媒體技術(shù)進行深度融合,從傳統(tǒng)二維模型過渡轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型,最大限度地提高礦山地質(zhì)測繪的可視化效果。實際上三維掃描技術(shù)中的三維地質(zhì)模型還具有良好的地質(zhì)信息評價功能,可根據(jù)實際測繪需求將多種類型的比例尺進行有針對地調(diào)整與改進,充分發(fā)揮地質(zhì)信息管理效能的最大化作用。
在開展礦山地質(zhì)測繪工作時,相關(guān)工作人員應(yīng)熟練掌握三維掃描技術(shù)的使用方法和技巧,深入探究三維掃描技術(shù)的應(yīng)用功能模塊及層次劃分方法,具體可包括業(yè)務(wù)應(yīng)用、基礎(chǔ)構(gòu)件以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三個層次,其綜合涵蓋礦山儲量動態(tài)信息的分析處理、風(fēng)險評估以及文件歸檔等功能。在礦山地質(zhì)測繪中的前期考察階段、風(fēng)險評估階段以及后期監(jiān)測階段,三維掃描技術(shù)均起到至關(guān)重要的作用,這就要求相關(guān)工作人員必須充分認識到三維掃描技術(shù)的重要意義,采用正確規(guī)范的三維掃描技術(shù)操作方法落實礦山儲量動態(tài)監(jiān)測工作。最重要的是,相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)嚴格遵守礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的三維掃描技術(shù)應(yīng)用流程,按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和監(jiān)測要求有針對性地開展相關(guān)工作,在保證三維掃描技術(shù)操作規(guī)范的同時有效防控各種可能發(fā)生的安全風(fēng)險。
(1)三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用流程。在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)時,具體可遵循以下三個步驟:第一,運用三維激光掃描儀實時監(jiān)測礦山測量面、點位信息、地質(zhì)信息。首先相關(guān)技術(shù)人員可大致判斷礦山地質(zhì)的周邊環(huán)境,科學(xué)調(diào)整掃描儀的測位參數(shù),重點關(guān)注探頭、Q9線、待采礦藏參數(shù)以及具體測繪范圍,確保監(jiān)測到的測繪信息可直接反映礦山的具體位置,其次借助激光掃描獲取礦山待側(cè)面的三維點位信息。第二,建立三維立體模型。將監(jiān)測到的點位地質(zhì)信息和三維信息進行有效整合后,即可在GPS系統(tǒng)的支持下進行精準定位,從而呈現(xiàn)出礦山待測表面的立體圖像和三維模型,促使礦山開采設(shè)計人員、作業(yè)監(jiān)測人員以及開采人員實時了解礦山地質(zhì)的地質(zhì)條件、作業(yè)環(huán)境,在一定程度上有效提高礦山的開采效率和礦山的安全管理水平。第三,基于三維立體模型構(gòu)建系統(tǒng)的礦山信息系統(tǒng),在三維激光掃描技術(shù)的支持下實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建造。將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息與礦山初始數(shù)據(jù)進行對比分析后,即可計算礦山開采量、監(jiān)測開采位置、監(jiān)控采空區(qū)域,通過數(shù)字化管理方式對礦山儲量進行動態(tài)監(jiān)測。
(2)三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用領(lǐng)域。三維掃描技術(shù)在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用領(lǐng)域具體包括以下幾方面:第一,構(gòu)建待采或開采礦山的三維模型。待采礦山三維模型的構(gòu)建普遍較為簡單,借助礦山地表點位信息即可構(gòu)建出相應(yīng)的三維模型。對于開采礦區(qū)的模型構(gòu)建,還需要在礦區(qū)內(nèi)部進行掃描,并在掃描過程中將三維測繪設(shè)備安裝在礦區(qū)巷道內(nèi),從而構(gòu)建出巷道模型。相比于外部三維模型的構(gòu)建,巷道模型構(gòu)建的效率相對較低,究其根本原因在于外部測繪條件會對巷道模型的構(gòu)建造成不同程度的影響,但其相比于傳統(tǒng)巷道測繪技術(shù)的安全性和效率則有著顯著優(yōu)勢。第二,計算礦區(qū)開挖體積。在露天開采作業(yè)環(huán)境下,露天開采礦區(qū)的位置和非開采礦區(qū)的位置各不相同,利用三維激光掃描技術(shù)不但能科學(xué)區(qū)分不同區(qū)域的具體特征,還能幫助相關(guān)人員大體確定開挖體積。
盡管三維激光掃描技術(shù)在三維數(shù)據(jù)信息的動態(tài)監(jiān)測和建模方面具有明顯優(yōu)勢,但其在實際應(yīng)用過程中仍存在各種問題,在一定程度上限制了礦山測繪工作的順利開展。與此同時,利用三維激光掃描儀完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編輯、體積計算等工作,還能有效優(yōu)化礦產(chǎn)資源的動態(tài)監(jiān)測形式,拓展三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍。隨著新時代科技手段的日益完善,三維激光掃描技術(shù)也會逐漸趨于成熟,在礦山儲量動態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮出更高效的作用。