林曉虎

（福建省核工業(yè)二九五大隊(duì)，福建 龍巖 364000）

礦山在開采之前，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量并提供準(zhǔn)確數(shù)值是保證其開采效率的根本，施工需要依照這些基礎(chǔ)數(shù)值來進(jìn)行方案的預(yù)設(shè)，因此需要利用測(cè)繪技術(shù)來保證施工效率。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，對(duì)能源的需求越來越多，因此對(duì)測(cè)繪技術(shù)的要求越來越高?；诖讼嚓P(guān)研究人員研發(fā)了新的測(cè)繪技術(shù)，目的是通過高效測(cè)繪提升施工效率。

通過實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的優(yōu)化，使采礦工程測(cè)量操作更加靈活可控。同時(shí)，在一些新型測(cè)繪工具的應(yīng)用條件下，可以通過自動(dòng)計(jì)算實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)繪，整個(gè)過程無需人工進(jìn)行人工測(cè)繪[1]。因此，必須有效利用智能測(cè)繪創(chuàng)新技術(shù)，為礦山順利開采提供基礎(chǔ)。

1 智能測(cè)繪創(chuàng)新技術(shù)在礦山工程測(cè)量中的應(yīng)用

1.1 繪制礦山工程測(cè)量流程圖

智能測(cè)繪創(chuàng)新技術(shù)可以通過檢測(cè)工程內(nèi)礦區(qū)的特殊數(shù)值或危險(xiǎn)情況設(shè)置正確的施工流程，進(jìn)行開采需要設(shè)立智能測(cè)繪技術(shù)的空間站，該空間站可以利用衛(wèi)星鎖定技術(shù)來采集礦區(qū)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，流動(dòng)站收到數(shù)據(jù)回饋后，繪制了礦山工程測(cè)量的流程圖，如圖1所示。

如圖1所示，基于智能測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行建設(shè)工程規(guī)劃和礦山工程測(cè)量的第一步就是進(jìn)行衛(wèi)星預(yù)報(bào)?；谥悄軠y(cè)繪技術(shù)的礦山工程檢測(cè)首先應(yīng)進(jìn)行衛(wèi)星預(yù)測(cè)。在創(chuàng)建預(yù)測(cè)表時(shí)，需要將衛(wèi)星的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)提前進(jìn)行調(diào)試，包括衛(wèi)星角度，觀測(cè)狀態(tài)等。第二步就是選擇和配置流動(dòng)站?；谥悄軠y(cè)繪技術(shù)的工程測(cè)量運(yùn)行時(shí)，移動(dòng)站應(yīng)避開密集的建筑物、灌木叢或高壓線路。在正式測(cè)量之前，需要設(shè)置工作模式和通信模式，以及參考站和移動(dòng)站[2]。第三步是初始化測(cè)量。基于智能測(cè)繪技術(shù)的礦山工程測(cè)量必須在初始化后完成，初始化通常采用靜態(tài)初始化。初始化后才能進(jìn)行初次觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)選用的觀測(cè)設(shè)備需要配備三腳架，且需要嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)調(diào)平，觀測(cè)設(shè)備必須可以精確收集觀測(cè)數(shù)據(jù)。將觀察分為多個(gè)時(shí)期，如果兩個(gè)觀察值之間的差異小于3厘米，則需要將觀測(cè)中位數(shù)視為最終結(jié)果。否則，必須重新測(cè)量，直到滿足公差要求。

圖1 礦山工程測(cè)量流程圖

1.2 分析礦山測(cè)量精度

在分析礦山測(cè)量精度時(shí)，智能測(cè)繪技術(shù)往往利用了衛(wèi)星觀測(cè)誤差，該誤差屬于傳播位置誤差，主要體現(xiàn)了傳播過程中的偏移量[3]，由于衛(wèi)星信息傳播時(shí)，或多或少會(huì)受到電離層的影響，從而產(chǎn)生偏移，因此此時(shí)衛(wèi)星產(chǎn)生的方向變化與實(shí)際的差值可以體現(xiàn)出礦山測(cè)量的精度變化，由于與幾何中心的差異導(dǎo)致的偏差與觀測(cè)期間傳入衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)度和方向有關(guān)。因此在測(cè)量時(shí)需要不斷變換參數(shù)，讀取一個(gè)最準(zhǔn)確的參數(shù)值來進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量區(qū)域的地形必須均勻，否則則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，因此，測(cè)量區(qū)域的大小對(duì)礦山工程測(cè)量的準(zhǔn)確性有很大影響，其精度分析公式如下（1）所示。

公式（1）中，M代表測(cè)量精度，X代表測(cè)量結(jié)果，Y、H代表測(cè)量系數(shù)。利用該公式測(cè)量出此時(shí)的礦山測(cè)量精度，不僅如此，利用公式（1）還可以計(jì)算出此時(shí)的擬合精度，該精度與區(qū)域選擇之間成反比關(guān)系。因此，在進(jìn)行礦山工程測(cè)量時(shí)，應(yīng)選擇合適的定位星座，以保證定位精度。換句話說，最佳觀測(cè)周期和衛(wèi)星的數(shù)量應(yīng)該通過嚴(yán)格的能見度觀測(cè)來選擇[4]。

1.3 擬合云配準(zhǔn)可行性

多站拼接也是設(shè)置掃描點(diǎn)云配準(zhǔn)可行性之前的一個(gè)重要問題，由于掃描環(huán)境、掃描區(qū)域、掃描儀幾何位置等因素的限制，需要通過多站掃描測(cè)量來恢復(fù)測(cè)量對(duì)象，從而選擇針對(duì)特定項(xiàng)目?jī)?yōu)化的測(cè)量方案，減少多站測(cè)量中的誤差，其也是保證云配準(zhǔn)模型構(gòu)建質(zhì)量的前提?？紤]到計(jì)算復(fù)雜和云配準(zhǔn)的難度，需要將掃描場(chǎng)景中的四個(gè)球面目標(biāo)的中心坐標(biāo)擬合為一對(duì)公共坐標(biāo)點(diǎn)，從而求解旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣。求解的過程不需要算法，而是需要利用實(shí)驗(yàn)條件下的兩站云配準(zhǔn)對(duì)迭代計(jì)算和初始值高速計(jì)算來進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明該算法可靠，計(jì)算過程簡(jiǎn)單，對(duì)云配準(zhǔn)可行性計(jì)算具有廣泛的適用性。

在擬合時(shí)，首先介紹云配準(zhǔn)的原理和旋轉(zhuǎn)矩陣的表達(dá)方法。求解對(duì)角線變換問題時(shí)強(qiáng)調(diào)了四元數(shù)配準(zhǔn)算法的過程，多站點(diǎn)云配準(zhǔn)中的誤差模型推斷和最終驗(yàn)證結(jié)果表明了算法的準(zhǔn)確性。獲取目標(biāo)物體完整測(cè)量信息的多站接口是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，該接口的選取主要有兩種方法。一種是固定目標(biāo)物體，改變掃描儀的幾何位置，另一種是固定掃描儀的幾何位置，改變目標(biāo)物體。在處理點(diǎn)云時(shí)，其往往被認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)和變換點(diǎn)云坐標(biāo)系的一部分。通過變換得到兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而將兩個(gè)測(cè)量站整合到同一坐標(biāo)系中，這也驗(yàn)證了空間中的所有點(diǎn)都是集中的這一假設(shè)。

1.4 布設(shè)測(cè)量相控點(diǎn)

像控點(diǎn)是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中進(jìn)行空三加密和測(cè)圖的基礎(chǔ)，像控點(diǎn)的具體布設(shè)方法、平面位置和高程的測(cè)量直接影響到后期空三處理、立體測(cè)圖、三維建模等的精度。像控點(diǎn)引起的誤差主要是只由于像控點(diǎn)布設(shè)方案不合理、像控點(diǎn)測(cè)量精度限制和刺點(diǎn)的精度限制引起的誤差。

像控點(diǎn)的布設(shè)方案是否合理，會(huì)直接影響到像控點(diǎn)的施測(cè)與解算，進(jìn)而影響到數(shù)據(jù)處理精度和影像精度。像控點(diǎn)測(cè)量一般采用GPS-RTK方法進(jìn)行測(cè)量，因此，像控點(diǎn)的測(cè)量精度影響因素取決于GPS-RTK的精度影響因素，主要包括與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與接收機(jī)有關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差等。在像控點(diǎn)刺點(diǎn)方面，由于無人機(jī)飛行區(qū)域一般相對(duì)較小，導(dǎo)致可供布設(shè)像控點(diǎn)位的范圍就相對(duì)較小，因此，有時(shí)可能就會(huì)出現(xiàn)在整個(gè)任務(wù)飛行過程無法找到明顯地物刺點(diǎn)的狀況。

在實(shí)際工程測(cè)量中，測(cè)量參考點(diǎn)坐標(biāo)滿足大多數(shù)地形參考點(diǎn)測(cè)量方法和精度要求。因此，根據(jù)測(cè)量的精度要求，像控點(diǎn)的布置應(yīng)將平面點(diǎn)與高程點(diǎn)置于同一位置，最好同時(shí)測(cè)量平坦點(diǎn)和高點(diǎn)。

2 實(shí)例分析

2.1 李子窩高嶺土礦區(qū)現(xiàn)狀

福建省武平縣李子窩高嶺土礦區(qū)年開采20萬噸高嶺土項(xiàng)目位于武平縣城190°方向，直距21km處，隸屬武平縣下壩鄉(xiāng)大田村管轄。項(xiàng)目為新立礦山，礦區(qū)面積1.1393km2，開采標(biāo)高：+392.5米至+235米。根據(jù)福建省核工業(yè)二九五大隊(duì)編制的《福建省武平縣李子窩礦區(qū)高嶺土礦詳查地質(zhì)報(bào)告》及福建省國(guó)土資源評(píng)估中心對(duì)該報(bào)告的核實(shí)意見，項(xiàng)目5個(gè)礦體中，高嶺土礦類型資源儲(chǔ)量礦石量共366.92萬噸，礦山設(shè)計(jì)開采規(guī)模為20萬噸/年，分為5個(gè)礦體，采用山坡露天開采，采出的原礦直接運(yùn)輸至礦區(qū)選礦廠進(jìn)行選礦。

2.2 測(cè)量效果

分別使用智能測(cè)繪創(chuàng)新技術(shù)和普通的測(cè)繪技術(shù)對(duì)李子窩高嶺土礦區(qū)的不同地區(qū)的規(guī)劃高度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)量結(jié)果

根據(jù)表1可知，應(yīng)用智能測(cè)繪創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行礦山工程測(cè)量，其測(cè)量的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，因此，其具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語

綜上所述，礦山測(cè)繪工作是實(shí)施礦山開采的基礎(chǔ)，也是一切工作的前提，將礦山的各項(xiàng)指標(biāo)準(zhǔn)確測(cè)量有助于后續(xù)的開采，因此本文研究了智能測(cè)繪技術(shù)在礦山工程各行測(cè)量的應(yīng)用，驗(yàn)證其可以有效提升測(cè)量精度，確保云配準(zhǔn)擬合正確，且擁有極佳的誤差控制力，基于此進(jìn)行了實(shí)例分析，證明其測(cè)量數(shù)據(jù)誤差小，更準(zhǔn)確，有一定的應(yīng)用價(jià)值。