数字化矿山测量技术的应用研究

朱自芬

（福建省海峡水泥股份有限公司， 福建 德化 362500）

0 引言

矿山测量复杂性较强，影响因素较多，为加强测量准确性，数字化矿山测量技术应用显得尤为重要。本文将对数字化矿山测量技术展开分析探讨，希望有助于矿山的开采和生产，保障企业经济效益。

1 数字化矿山测量技术

数字化矿山测量技术是由五部分构成的：其一，采集系统。重点将测量和勘查中所得的数据信息实施收集、汇总和集中处理，再借助存档和文档模块的处理，对信息数据实行分类管理和存储；其二，调度系统。数据访问、生产调度、接口处理等均是由调度系统实现的；其三，功能系统。以专业模拟和功能分析为主。该系统内使用的软件技术有SC、AI、SA、MCAD等；其四，包装系统。重点结合数据资料做好三维建模；其五，核心系统。核心系统是数字化矿山测量技术的核心内容，其可对各分系统实施统一管理，对建立的各项模型实行综合分析和控制，为决策及工作的落实提供科学依据。

根据对这些系统的分析研究可知，数字化矿山测量技术需要以完善的数据信息作为支撑，以保证空间或地理信息模型构建的完整性，推动开发和生产作业的安全进行。

2 数字化测量技术的应用优势

2.1 直观展现矿山具体情况

传统测量技术是以纸质形式展现测量后矿山的具体情况，工作人员需要在不同的图纸上将测量内容予以标注，以人工标注方式实施细节处理。而数字化矿山测量技术，直接利用计算机及相关软件就可清晰展现矿山的具体情况，在细节处理上，可直接放大展示细节具体情况，做好相应的标注和修改，以此加强测量准确性，帮助工作人员清晰了解矿山情况。数字化矿山测量技术的应用，为矿山三维模型的构建带来了助力，为生产作业的开展提供了保障。

2.2 提高测量效率

数字化矿山测量技术，在加强测量数据准确性、完整性的基础上，还可加快测量工作，节省更多测量时间。同时，该技术的应用，也为工作人员作业开展及策划提供充足的依据。利用数字化矿山测量技术可监控到矿山位置的变化特征，实现矿山地质灾害的预测和监控，做好前期预防和管控，避免安全事故的发生。

2.3 满足多渠道作业要求

使用数字化矿山测量技术得到的各项测量数据可被快速的记录下来，并自主保存在系统软件内。这样便于工作人员随时完成数据的调取和分析，并将其中有用部分抽取出来，应用到其他工作中，加大数据适用范围，满足多渠道作业要求。同时，记录的各项数据可随时按照要求转化成图纸或其他信息，推动关联作业的顺利开展，为企业创造更大的经济效益。

2.4 缩减工作量，提高测量精准度

数字化矿山测量技术中包括三维建模技术、地形测绘技术、空间绘制技术，且利用计算机及相关软件，即可完成测量和数据记录工作，大大降低人工作业量，且测量结果精准度有效提升，减少人力、成本的损耗[1-3]。

3 数字化矿山测量技术的应用

数字化矿山测量技术是一项综合性较强的技术，其中不仅融合了全站仪、全球定位、RTK等相关软件的功能优势，也充分利用图形图标、可视化功能直观将矿山实况展现出来，便于工作人员细致分析，加强图纸等绘制的准确性。在矿山中应用数字测量技术，必须以测量人员测量规范化为前提，按照实际测量的重点及工作质量控制因素，完成整个测量过程。

3.1 三维可视化技术

三维可视化技术在矿山测量中起到显著作用，该技术的应用，可将测量所得的矿山数据以三维视图的方式展现出来，让工作人员清晰了解矿山的地质地貌特征、矿产种类、空间分布情况等，便于后期开采和生产作业的开展。

3.1.1 数据全方位采集

利用三维激光扫描设备的应用，可按照测量作业要求，实现被测区域全景或局部地质地貌的扫描，准确了解矿山目前开采情况，获取矿石分布信息，顺便了解边坡变化特征，为后续开发和勘查提供可靠依据。

3.1.2 数据快速处理

矿山测量中获取的数据信息会直接上传到三维建模软件中，利用软件自身的筛选功能，对测量数据实施过滤和整理，之后再利用Maya、3DMax等常用三维建模处理软件，准确生成矿山井巷及相关机械设备的三维立体动态视图，有利于更好地掌握矿山开采信息。

3.1.3 构建三维系统平台

该平台的建立主要是为了加快数据资料的传输和共享速度，扩大计算机技术、网络技术的应用范围，减少因地域、环境等因素限制带来了各类问题，进而准确、实时把控矿区情况，做好调度和规划工作，提高管理水平。特别是地质模型，地质模型包含两个方面的内容，一是开放的数字地形模型（Digitize Terrain Model），或者称为表面模型，它是一个不封闭的、类似层状的表面实体，一般地表和断层的建模属于这一类型；二是线框实体模型，它是一个封闭的空间实体或是空心体，一般矿体和岩体的建模属于此种类型。在一般的软件建模中，实体模型与表面模型是基于相似的原理构建，两者在三维可视化方面得到了广泛的应用，但三维实体模型是一种比表面模型更为复杂的三维体。表面模型是由多条不封闭曲线或直线生成的，它只表示一个面；而实体模型是由多条封闭的曲线生成的，它最大的特点就是具有封闭性。地质模型是实现矿山可视化、数字化最重要的一个方面，建立好地质模型，可以很好地帮助地质工程师对资源储量进行动态管理，也可以很好地帮助采矿工程师直观地认识开采环境及开采对象，从而可以选择开采方案、优化设计，实现矿山的高效安全开采。

3.1.4 建模

建模内容包括矿体岩层形态、空区、断层、溶洞等地质地形要素，下面就采空区建立数字可视化模型具体步骤简述如下。

（1）分类收集、整理建模所需矿山各中段采空区实测图、物探测试各勘探线纵剖面图、勘探工程平面布置图、矿山地质地形图等原始资料，并对原始资料进行梳理，使其达到建立三维可视化模型的基本要求；

（2）建立各中段各采区主要采空区、物理勘探推断出的不明空区（溶洞或悬拱空区）及地表三维可视化模型。

综合运用三维矿山软件迈达斯GTS-NX以及图形处理软件Auto-CAD等构建矿山采空区与不明空区或溶洞的三维可视化模型。本研究采用三维建模矿山软件迈达斯GTS-NX建立了安石坑矿区采空区及不明空区（溶洞或悬拱空区）的模型，实现采空区三维可视化，准确地在三维空间内描述出主要采空区的形状以及不明空区（溶洞或悬拱空区）的位置关系，为矿山下一步开采提供有效的空区位置信息。

3.2 空间信息技术

空间信息技术即3S技术，其包括了地理信息技术、全球定位技术、遥感技术。该技术的应用对提供矿山测量实效性、全面性有着显著效果[4-5]。

3.2.1 全球定位技术

全球定位技术可对用户、地面、空间这三部分实行监督和掌控。全球定位技术是基于卫星完成定位测量的，故精准度较高，但在运用该技术进行矿山测量时，需注意控制好测量基线的长度，以加强测量效果准确性。运用全球定位技术需选定好固定测量基点，进而推算出三维无约束平差，获得平差值。需要注意的是，全球定位技术在应用中，受环境、气候、地势、标高等因素的影响，应做好规避工作，以免影响测量结果。

3.2.2 数字遥感技术

数字遥感技术以电磁波技术原理为基础，利用扫描、摄影等方式获取被测区域影像信息，再利用信息传输和处理技术、传感技术等对测量图像和信息加以处理。最终生成较为清晰、完整的测量图形。另外，测量所得数据可实时传输到矿山测量中心，基于遥感技术也可以对地表地物信息实行距离控测与识别。采用遥感技术能对矿山环境展开监测，且能对矿山地形图予以准确测绘，因而具有较高的推广价值[1]。

3.2.3 地理信息技术

该技术涉及地理空间测量，通过对现有地理模型及获取数据的分析，可掌握被测区域地理地质结构的动态变化特征。地理信息系统技术应用于矿山测量，主要是采用矿区地理信息系统，将矿山资源环境信息作为平台，将测量数据采集、数据处理及输出使用形成数字化技术体系，可满足矿山生产对数据资料的基本需要。

3.3 数字绘图技术

矿山的地质地形结构、地下结构等都存在着变动性特征，所以在矿山测量中，应该做好动态化监管，获取不同时期的变化数据，以此数据绘制完整地形图，帮助工作人员清晰、准确地了解矿山情况，为后续开发和生产规划提供依据。传统制图方式需以大量室内数据作为基础，同时需要掌握专业绘图技巧，成图周期长，且存在误差，不能满足现代化矿井建设和生产的需求。矿山资源开发需要完整的图纸信息作为依据和支持，如果不能对矿山地质环境及地下结构特征予以了解，则在开采方案规划中会存在疏漏或偏差，无疑会增加矿山开采的难度，增加安全隐患出现概率。甚至还会对自然环境造成污染，缩短矿区的开采寿命。

此外，因矿区地质结构的动态化变动特征，传统图纸资料已经无法准确展现矿山实际情况，利用价值不大，不利于开采、生产、管理等工作的顺利开展。将矿图实行数字化管理就能有效协调好矿山测量信息与矿山生产之间关系，基于现代化技术对矿山信息予以准确测量，再利用计算机三维软件做好快速成图、分析，让矿山生产管理人员熟练掌握井下生产信息。

4 数字化矿山测量技术应用中存在的问题及解决措施

4.1 等高线问题及解决方案

在矿山测量中，需要在n个碎部点中形成等高线，以确保数据化测量技术由点形成线，多条不同标高的等高线形成三维立体空间。但矿山地形复杂，地质活动剧烈，所以一些区域难以形成规整可表示现场实际地形的等高线。为此，在实际工作中，需要利用人工干预的方式，确定测绘等高线断开点位，从而表示出更精准地理信息，强化测量直观效果。例如，在绘制等高线时，位于深沟或峡谷中的地貌点须缩小间距，部分地貌特征点不可或缺，不能近似选用较远点替代，形成等高线；否则会出现等高线交叉或往复急折现象。诸如此类，需手工处理。

4.2 比例尺问题及解决方案

传统平板测图由于用途不同，在测绘图纸绘制中，不得不利用不同比例尺加以绘制。运用数字化绘图过程中，不同类别的地貌，采用的分层存储，就可以随时调阅查看和缩放功能，生成不同比例加以运用。

4.3 数字化矿山测量中的问题及解决措施

数字化矿山测量技术应用中，传统测量仪器和设备与技术间存在脱节的现象，降低测量数据传输效率。为此，需按照技术要求，配备先进的数字化设备仪器，且仪器间要相互配套，能做到有效协作，提高测量时效性、准确性，加强图纸绘制可靠性和实用性。且通过对先进设备仪器的应用，可减少数据处理环节误差的产生，再加强数据采集准确性，这样可大大降低开采和生产中安全隐患的出现概率，提高图件调取、查阅效率和精准度，改善可视化效果，增大企业的经济效益。

5 结束语

综上所述，数字化矿山测量技术的应用，不仅是对传统测绘方式的创新和变革，也是维护矿山开采安全，延长矿山寿命，做好环境保护的重要措施。其在我国资源开采和利用、测绘行业发展中起到非常重要的作用。故而值得加大研究和推广力度，为我国综合实力的提升和经济发展贡献力量。