测绘地理信息服务在智慧矿山领域的研究进展

赵乙泽

（山东省地质矿产勘查开发局第一地质大队（山东省第一地质矿产勘查院），山东 济南 250102）

随着经济的发展，由原先的煤矿信息化建设转变为数字矿山建设再转变到现在的智慧矿山，地理系信息系统成为了煤矿行业的重中之重。相较于其他行业矿山行业的测绘地理信息系统建设历史是最早的，技术也较为完善。回顾整个社会地理信息服务的发展，自从进入大数据时代，数据成为了新的要素，用数据说话，做决策评估成为了一种普遍的现象，测绘地理信息服务需求也呈一个爆发式的增长，而测绘地理信息服务的快速发展为智慧矿山领域的研究提供了强劲的动力，并且能够为矿山领域的数据进行分析、处理[1]。

我国“十一五”专项规划曾提出，为了全面提升我国矿山行业的技术生产水平，推动行业的转型升级，要充分利用现代通信、传感、信息与通讯技术，实现矿山生产当中的智能检测与智能调度有效的提高矿山的资源利用率和经济收益率，实现机械化换人自动化减人，做到在开采的过程中减少产生不必要的浪费，真正的做到可持续发展。因此也就推动了测绘地理信息的发展。

1 测绘地理信息在智慧矿山领域的作用

伴随着国情的变化，无论是经济社会的发展，还是百姓的工作生活，都与测绘地理信息有着密切的关系。测绘地理信息从专业的角度上来讲，是表示地物环境固有的数量、质量、分布特征、文字、图像等一系列的总称，它具有空间定位特征、多样属性的结构特征、时态的变化特征。而智慧矿山则是指绿色矿山建设的更高层级表达，无人则是智慧矿山最显著的标志，也是它的最高形式。在矿山建设工作当中，测绘地理信息服务工作的本质，就是提供相应的地质信息。

就目前而言，传统的测绘地理信息主要是靠人工，所收集到的信息都是宏观的。在智慧矿山的建设中，测绘地理信息服务不仅能够探测出详细的矿井数据和显示平台，还能深入到各个细节领域，如三维可视化、透明化勘探、智能化设计等，所以测绘地理信息技术成为了矿山建设当中必不可少的支撑。

1.1 通过测绘地理信息系统了解数据

众所周知，在矿山开采的整个准备过程中需要投入大量的人力、物力、财力，这是一项艰苦且长期的工作，并且在开采之前要将所有的准备工作做到位，以确保开采能够顺利的展开。与此同时，矿山的方方面面也要做一个详细的了解，才能为下一步实施做好提前的准备工作。测绘地理信息服务还需要对矿山进行检测工程质量，确保能够在各个环节的设置当中能够安全有序的进行工作；测绘地理信息服务还能给项目提供有力的数据支撑运用到各环节当中，最大程度的避免矿山的盲目、不合理等安全隐患，从而推进产业的可持续发展[2]。所以，需要工作人员利用地理信息系统去测绘整个矿山的地理结构、特质，再将采集到的数据进行归纳、再分析，最后制作出详细的开采方案和可视化的三维建模。通过测绘地理信息系统可以快速准确把握到矿山的所有数据，包括周围的地质情况，减少大量的不必要的人力物力财力，减少了不必要的失误；提高了开采矿山的工作效率，进而优化了矿山资源。

1.2 测绘地理信息系统的工作原理

测绘地理信息系统的工作原理是基于全球定位系统、遥感系统和摄影对地理地质信息进行采集、整理和分析，再实现可视化的三维建模，这样可以对矿井的施工和设计有更加明确的思路，并且得到的数据也非常的精准，能够提高效率。但是可视化的三维建模涉及的应用领域有很多，但现在来说无法满足各个智慧矿山的信息需求，目前测绘地理信息服务的核心技术还处于攻坚的阶段，还属于只能查、只能看，无法满足现场实际的需求。于是针对这一情况，笔者做了一个智慧矿山中地理信息系统可视化的三维建模所需的技术和研究方向，如下图所示。

从图中我们可以看出所需的技术各有各的特点，但是又相互融合交错，所以需要有针对性的展开一些功能的开发和应用。

2 测绘地理信息服务的获取和技术

2.1 打造数字城市

回首现在的大数据时代，为了更好的服务社会、服务民生，“十二五”期间，国家测绘地理信息局全力的打造数字城市、国情普查等一系列测绘的地理信息平台，大力的发展地理信息公共服务和地理信息产业，极大的丰富了我国的基础地理信息数据资源，夯实了信息基地。在新的“十三五”期间，测绘地理信息服务将紧密围绕着国家的发展大局，深入贯彻落实五大发展理念，加快实施发展战略，着力推动测绘地理信息应用，为经济社会的科学发展作出明确贡献。测绘地理信息对计算机和互联网技术应用的要求非常多，因此，提高技术的合理应用是对矿山生产建设和开采提供有力的保障。

在矿山信息化的发展背景下，智慧矿山已经逐步的向安全、高效、绿色矿山的方向发展，矿山的信息化也从单一转向综合，从二维转向了三维，推动测绘地理信息服务成为智慧矿山建设中必不可少的工作[3]。由于矿山生产的速度快、变化多、时效性强、位置信息不断变化，而测绘地理信息服务尚未形成标准化系统化的服务体系，常常导致信息数据更新不及时，所以体验感不佳。

2.2 测绘地理信息服务中三维建模的应用

在测绘地理信息服务中最重要的是可视化三维建模，而在三维建模当中的重要组成部分是三维地质建模，因此需要推动其技术的发展。通过地面、井下、定向钻探等形式获得的地质信息，从而能组建三维地质建模，但提供的可视化矿山地质环境存在两个问题，一是数据不够；另外一个是空间的分布大小不一，因此不满足当前的工作需求。还有另外一个手段就是物探，但物探有多种多样的手段，其中包括三维地震、地质雷达、电磁信号、电波探测等，这些手段能获得更为精细的数据，并建立精准的三维地质模型。在上述的物探手段中最为常见的是三维地震探测，其原理是利用人工激发地震波在地下盐层中的传播路径和传播时间，由此可以探测出埋藏的深度和形状。三维地震技术是目前覆盖面最广且探测的深度最大，分辨率也是最高的，拥有这些特点也让它成为了应用最广泛的测绘技术。

与三维地震不一样的是地质雷达，它最主要的工作原理是利用高频电磁脉冲波的反射弧进行探测目标。然后通过对雷达反射出来的图像进行判断，推测出地下目标物的实际大小情况以及结构。雷达这项物探技术拥有较高的精度、效率以及便捷性，但目前正在用于煤岩层界线的研究方向。

上述的两个物探手段，所得到的数据都需要通过人工的处理后生成地理坐标，再结合其他点线面的数据，生成可视化的三维地质建模。矿山领域可在其基本体缘或不规则表面将地质建模的数据更新再加入已知建模，采取关键的技术算法，对原来的地层模型进行调整、细分后可以重塑一个新的地层模型。

2.3 解决测绘地理信息服务难题

对于矿山来说，井上工业广场和井下的通道重点场所都是生产活动中最主要的场所，如何快速且高效获取到它们的数据，并在此基础上快速建成可视化三维建模，在此基础上制定出高效的矿山采集技术，这就是目前来说测绘地理信息的难点问题，针对这一问题笔者介绍了一种新型的建模方式——激光扫描测绘地理信息。

激光扫描是一种不需要接触的测量方式，它的原理是通过激光的雷达信号扫描能够快速的获取目标的反射坐标。在利用上述的三维建模进行三维图的扫描以及测点数据，并且能够输出多种形式的图像产品。目前我国所使用到的激光扫描主要来自于欧美国家，而我国激光扫描井下的应用较少，因为很多激光扫描系统不具备防爆，防潮等功能，且井下的高温和灰尘也会影响到激光测绘的精准度。近年来，有提出相关工作方面的应用，但还需要进一步深入研究。

总体来说测绘地理信息服务对于矿山探测的精准数据，还需要提高技术方面的加持。测绘地理信息服务是智慧矿山领域的基础和核心，它决定着整个矿山工作的高效率高质量。在深入研究技术应用开发时，应综合考虑开发的方向，要满足矿山领域对地理信息系统的所有需求。

3 结束语

当前，我国的科学技术和经济水平在飞速的发展，加之国内各大煤矿企业开展了一系列智慧矿山的建设，测绘地理信息服务将面临着巨大的挑战和机遇，通过将测绘地理信息服务信息化、科技化才是能够长久发展的表现，针对于可视化提出来的一些思路，也是未来的发展趋势。测绘地理信息服务不仅只存在于表面现象，而是能够深入到每一个细分的领域，并形成属于自己的特色和专业化，为智慧矿山建设提供有价值的信息支持、优化的建设模式、合理安全科学的开采方法，为大数据时代的智慧矿山提供优质的服务和动力。