礦山測量數(shù)據(jù)處理與三維巷道建模方法研究

楊文元

摘 要：文章詳細介紹了當前正廣泛應用的幾種礦山測量和數(shù)據(jù)處理技術，闡述了各自的原理、方法和優(yōu)勢，進而論述了礦山數(shù)據(jù)處理和三維巷道建模之間的關系，也對三維巷道建模的方法和要領進行了剖析，以期為礦山從業(yè)者提供一定幫助。

關鍵詞：礦山測量;數(shù)據(jù)處理;原理;三維;建模

0 引言

礦產(chǎn)資源在我國經(jīng)濟社會的發(fā)展中起著非常重要的作用，是一切工業(yè)生產(chǎn)的基礎，而對于礦產(chǎn)資源的合理高效開采來說，礦山地理信息化管理顯得尤為重要，尤其是地下開采的礦井，礦山測量數(shù)據(jù)的處理和三維巷道建模方法是礦井作業(yè)的核心基礎，礦山測量數(shù)據(jù)的準確與否直接影響整個礦井的開采布置、工藝選取和資源回采率。然而，就我國當前礦山測量相關信息化管理的軟件整體情況來看，常用的方法有航測成圖、原圖處理和地面數(shù)值化成圖三種，但大多還是以繪圖為主要功能模塊，三維巷道建模的方式方法尚不完善，測量數(shù)據(jù)處理和三維巷道建模二者之間沒有很好的融合，功能集成有待進一步加強。

1 礦山測量數(shù)據(jù)處理

礦山測量是是礦區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營的基礎性工作，其工作內(nèi)容主要是對礦山原始地貌、坐標位置和幾何要素進行測繪與計算，并對礦山開采過程中各分部分項工程、建筑以及各種構筑物（巷道）的幾何關系進行研究的一門技術手段。同時，一方面，根據(jù)礦山開采設計規(guī)范和要求，對礦山開采施工過程中各項采礦幾何要素進行復核與監(jiān)督，確保采礦行為合法合規(guī)，避免超采、越界開采等違法現(xiàn)象;另一方面，對巖層異動和邊坡穩(wěn)定性進行定期或不定期的觀測與計算，為安全技術措施和階段性的開采計劃的編制與實施提供依據(jù)，確保在滿足安全的前提下盡可能的提高生產(chǎn)經(jīng)營效率[1]。

當前，數(shù)字化技術已廣泛應用于礦山測量領域，有效促進了礦山測量工作質量，提升了測量結果的精準度，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是突破了傳統(tǒng)測量制圖的局限性，借助于計算機數(shù)值仿真手段，可以較全面地在計算機終端上展現(xiàn)礦山地形要素，更為直觀具體，對開采活動的實施更有指導性;二是測量數(shù)據(jù)處理速度大大提高，能很快的實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的整合和處理，形成相應的圖紙指導礦山開采工作;三是應用數(shù)字化測量技術，可以對各類確定、不確定的因素進行綜合分析判斷，測量結果更具有實用性，應用范圍也更廣，同時還節(jié)約了時間、人力成本等[2]。

目前應用在礦山的測量技術主要有以下幾種：

1.1 RS 技術

亦稱遙感技術，包括信息傳輸技術、信息分析技術、傳感器技術及測量技術等組成部分，優(yōu)勢明顯：測量耗時段;測量精度高;快速成圖;可對礦山周遭的實況開展進行監(jiān)測。

1.2 GPS 技術

分為監(jiān)控、空間和用戶三個部分，主要依賴于衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有靈活性高、可全天候實施的特點，且不易出現(xiàn)測量誤差積累的現(xiàn)象，在礦山地籍測量工作中應用廣泛。

1.3 GIS 技術

亦稱地理信息技術，原理是基于地理空間，結合相關的數(shù)學模型，展開計算分析，從而達到數(shù)據(jù)信息收集、處理、傳遞和使用的功能，建立礦山信息平臺。

1.4 數(shù)據(jù)處理技術

借助于計算機技術，將通過測量方式采集到的數(shù)據(jù)信息轉換為圖形、表格、圖表等直觀形式，常用到的工具有CAD、C語言、Visual Basic語言等，同時，使用者也可以根據(jù)實際需要，這些軟件實施二次開發(fā)，實現(xiàn)更好的展示效果。

1.5 數(shù)字化繪圖技術

隨著礦山開采規(guī)模的擴大或已開采時間的持續(xù)加長，地形地貌、巷道布置等基礎數(shù)據(jù)信息將變得更加復雜，導致測量工作量也相應增大，對測量的準確度和測量效率均提出了更高的要求，而數(shù)字化繪圖技術便具有智能化繪圖功能，可在最短時間內(nèi)對礦山地形地貌、建筑物布置與施工進度加以詳細呈現(xiàn)，為采掘活動的接續(xù)和優(yōu)化提供了良好基礎。此外，數(shù)字化繪圖還不受圖紙尺寸的限制，可方便地進行修改完善[3]。

1.6 三維可視技術

運用數(shù)字化成圖軟件，形象地展現(xiàn)礦山空間信息和位置關系，具有很強的既視感，建模方法包括模型構建、粘貼材質和模型渲染三個部分。

2 三維巷道建模技術與方法

首先要明晰礦山測量和礦山巷道三維建模之間的關系，二者之間是相互作用的關系，前者是后者的數(shù)據(jù)基礎，后者又可讓測量人員更好地掌握礦山內(nèi)部構造，通過分析以往測量數(shù)據(jù)，對礦山測量工作的完善起到促進作用，減少測量工作量[4，5]。

三維巷道巷道就是基于測量所獲得的巷道信息數(shù)據(jù)，借助于三維可視化技術和虛擬仿真技術，建立礦井三維巷道模型，對礦山的可視化和立體化要求可以通過真實的圖像和圖形呈現(xiàn)出來，達到直觀立體和動態(tài)觀察的目的。三維巷道的數(shù)據(jù)模型如圖1所示，可將井下的每條巷道比擬成一條巷道線，節(jié)點和巷道線的拓撲關系可以表述為節(jié)點是巷道線轉彎點，成像前，導線點、結點及弧段和巷道線構成了三維數(shù)據(jù)庫的原始信息，任意一條巷道線只有兩個節(jié)點，巷道空間的每個點都具有三維坐標，根據(jù)設置好的參考坐標基準點，便可得到整條巷道的立體模型，依次類推，便可得到整個礦井三維巷道網(wǎng)絡[6，7]。

需要注意的是，由于礦山巷道的不規(guī)整性，而三維建模時是存在對一些次要因素進行理想化處理的現(xiàn)象，這就對礦山測量方法的選擇和測量人員的技術水準提出了較高要求，必要的時候，要采取人工復測的方式對機器測量結果進行驗證、修正，盡可能地降低測量誤差，同時，還要充分考慮井下因長期地應力影響導致的巷道變形等因素，在保證數(shù)據(jù)可靠性的前提下，最大限度地呈現(xiàn)礦山巷道三維結構。

3 結語

礦山測量數(shù)據(jù)處理與三維巷道建模是項系統(tǒng)性的技術工作，伴隨著測量技術、計算機技術、圖形圖像處理技術等自動化、信息化技術的快速發(fā)展，也給從業(yè)者提出了更高的要求，要不斷的去學習研究，加以實踐應用，促進礦山信息化建設。

參考文獻：

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[3]王國興，劉占秋.礦山測量數(shù)據(jù)計算程序編制與研究[J].黑龍江科技信息，2013（6）：96-96.

[4]石磊.礦山測量數(shù)據(jù)處理與三維巷道建模方法分析[J].能源與節(jié)能，2017（05）：42-43.

[5]宋修勝，陳薇薇，朱明坤.礦山測量與數(shù)據(jù)處理技術探析[J].科技傳播，2010（024）：248.

[6]周智勇，陳建宏，湯其旺，等.巷道自動成圖及三維建模[J].測繪科學，2010（04）：184-185+218.

[7]李海霞，賈建華，等.適合礦井巷道特點的三維數(shù)據(jù)結構研究[J].礦山測量，2000（4）.