測(cè)繪地理信息服務(wù)在智慧礦山領(lǐng)域的研究進(jìn)展

趙乙澤

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院），山東 濟(jì)南 250102）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由原先的煤礦信息化建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字礦山建設(shè)再轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的智慧礦山，地理系信息系統(tǒng)成為了煤礦行業(yè)的重中之重。相較于其他行業(yè)礦山行業(yè)的測(cè)繪地理信息系統(tǒng)建設(shè)歷史是最早的，技術(shù)也較為完善?；仡櫿麄€(gè)社會(huì)地理信息服務(wù)的發(fā)展，自從進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)成為了新的要素，用數(shù)據(jù)說(shuō)話，做決策評(píng)估成為了一種普遍的現(xiàn)象，測(cè)繪地理信息服務(wù)需求也呈一個(gè)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，而測(cè)繪地理信息服務(wù)的快速發(fā)展為智慧礦山領(lǐng)域的研究提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力，并且能夠?yàn)榈V山領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理[1]。

我國(guó)“十一五”專項(xiàng)規(guī)劃曾提出，為了全面提升我國(guó)礦山行業(yè)的技術(shù)生產(chǎn)水平，推動(dòng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，要充分利用現(xiàn)代通信、傳感、信息與通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)當(dāng)中的智能檢測(cè)與智能調(diào)度有效的提高礦山的資源利用率和經(jīng)濟(jì)收益率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化換人自動(dòng)化減人，做到在開(kāi)采的過(guò)程中減少產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，真正的做到可持續(xù)發(fā)展。因此也就推動(dòng)了測(cè)繪地理信息的發(fā)展。

1 測(cè)繪地理信息在智慧礦山領(lǐng)域的作用

伴隨著國(guó)情的變化，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，還是百姓的工作生活，都與測(cè)繪地理信息有著密切的關(guān)系。測(cè)繪地理信息從專業(yè)的角度上來(lái)講，是表示地物環(huán)境固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、文字、圖像等一系列的總稱，它具有空間定位特征、多樣屬性的結(jié)構(gòu)特征、時(shí)態(tài)的變化特征。而智慧礦山則是指綠色礦山建設(shè)的更高層級(jí)表達(dá)，無(wú)人則是智慧礦山最顯著的標(biāo)志，也是它的最高形式。在礦山建設(shè)工作當(dāng)中，測(cè)繪地理信息服務(wù)工作的本質(zhì)，就是提供相應(yīng)的地質(zhì)信息。

就目前而言，傳統(tǒng)的測(cè)繪地理信息主要是靠人工，所收集到的信息都是宏觀的。在智慧礦山的建設(shè)中，測(cè)繪地理信息服務(wù)不僅能夠探測(cè)出詳細(xì)的礦井?dāng)?shù)據(jù)和顯示平臺(tái)，還能深入到各個(gè)細(xì)節(jié)領(lǐng)域，如三維可視化、透明化勘探、智能化設(shè)計(jì)等，所以測(cè)繪地理信息技術(shù)成為了礦山建設(shè)當(dāng)中必不可少的支撐。

1.1 通過(guò)測(cè)繪地理信息系統(tǒng)了解數(shù)據(jù)

眾所周知，在礦山開(kāi)采的整個(gè)準(zhǔn)備過(guò)程中需要投入大量的人力、物力、財(cái)力，這是一項(xiàng)艱苦且長(zhǎng)期的工作，并且在開(kāi)采之前要將所有的準(zhǔn)備工作做到位，以確保開(kāi)采能夠順利的展開(kāi)。與此同時(shí)，礦山的方方面面也要做一個(gè)詳細(xì)的了解，才能為下一步實(shí)施做好提前的準(zhǔn)備工作。測(cè)繪地理信息服務(wù)還需要對(duì)礦山進(jìn)行檢測(cè)工程質(zhì)量，確保能夠在各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)置當(dāng)中能夠安全有序的進(jìn)行工作；測(cè)繪地理信息服務(wù)還能給項(xiàng)目提供有力的數(shù)據(jù)支撐運(yùn)用到各環(huán)節(jié)當(dāng)中，最大程度的避免礦山的盲目、不合理等安全隱患，從而推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。所以，需要工作人員利用地理信息系統(tǒng)去測(cè)繪整個(gè)礦山的地理結(jié)構(gòu)、特質(zhì)，再將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、再分析，最后制作出詳細(xì)的開(kāi)采方案和可視化的三維建模。通過(guò)測(cè)繪地理信息系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確把握到礦山的所有數(shù)據(jù)，包括周圍的地質(zhì)情況，減少大量的不必要的人力物力財(cái)力，減少了不必要的失誤；提高了開(kāi)采礦山的工作效率，進(jìn)而優(yōu)化了礦山資源。

1.2 測(cè)繪地理信息系統(tǒng)的工作原理

測(cè)繪地理信息系統(tǒng)的工作原理是基于全球定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)和攝影對(duì)地理地質(zhì)信息進(jìn)行采集、整理和分析，再實(shí)現(xiàn)可視化的三維建模，這樣可以對(duì)礦井的施工和設(shè)計(jì)有更加明確的思路，并且得到的數(shù)據(jù)也非常的精準(zhǔn)，能夠提高效率。但是可視化的三維建模涉及的應(yīng)用領(lǐng)域有很多，但現(xiàn)在來(lái)說(shuō)無(wú)法滿足各個(gè)智慧礦山的信息需求，目前測(cè)繪地理信息服務(wù)的核心技術(shù)還處于攻堅(jiān)的階段，還屬于只能查、只能看，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需求。于是針對(duì)這一情況，筆者做了一個(gè)智慧礦山中地理信息系統(tǒng)可視化的三維建模所需的技術(shù)和研究方向，如下圖所示。

從圖中我們可以看出所需的技術(shù)各有各的特點(diǎn)，但是又相互融合交錯(cuò)，所以需要有針對(duì)性的展開(kāi)一些功能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

2 測(cè)繪地理信息服務(wù)的獲取和技術(shù)

2.1 打造數(shù)字城市

回首現(xiàn)在的大數(shù)據(jù)時(shí)代，為了更好的服務(wù)社會(huì)、服務(wù)民生，“十二五”期間，國(guó)家測(cè)繪地理信息局全力的打造數(shù)字城市、國(guó)情普查等一系列測(cè)繪的地理信息平臺(tái)，大力的發(fā)展地理信息公共服務(wù)和地理信息產(chǎn)業(yè)，極大的豐富了我國(guó)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)資源，夯實(shí)了信息基地。在新的“十三五”期間，測(cè)繪地理信息服務(wù)將緊密圍繞著國(guó)家的發(fā)展大局，深入貫徹落實(shí)五大發(fā)展理念，加快實(shí)施發(fā)展戰(zhàn)略，著力推動(dòng)測(cè)繪地理信息應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的科學(xué)發(fā)展作出明確貢獻(xiàn)。測(cè)繪地理信息對(duì)計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的要求非常多，因此，提高技術(shù)的合理應(yīng)用是對(duì)礦山生產(chǎn)建設(shè)和開(kāi)采提供有力的保障。

在礦山信息化的發(fā)展背景下，智慧礦山已經(jīng)逐步的向安全、高效、綠色礦山的方向發(fā)展，礦山的信息化也從單一轉(zhuǎn)向綜合，從二維轉(zhuǎn)向了三維，推動(dòng)測(cè)繪地理信息服務(wù)成為智慧礦山建設(shè)中必不可少的工作[3]。由于礦山生產(chǎn)的速度快、變化多、時(shí)效性強(qiáng)、位置信息不斷變化，而測(cè)繪地理信息服務(wù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)化的服務(wù)體系，常常導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，所以體驗(yàn)感不佳。

2.2 測(cè)繪地理信息服務(wù)中三維建模的應(yīng)用

在測(cè)繪地理信息服務(wù)中最重要的是可視化三維建模，而在三維建模當(dāng)中的重要組成部分是三維地質(zhì)建模，因此需要推動(dòng)其技術(shù)的發(fā)展。通過(guò)地面、井下、定向鉆探等形式獲得的地質(zhì)信息，從而能組建三維地質(zhì)建模，但提供的可視化礦山地質(zhì)環(huán)境存在兩個(gè)問(wèn)題，一是數(shù)據(jù)不夠；另外一個(gè)是空間的分布大小不一，因此不滿足當(dāng)前的工作需求。還有另外一個(gè)手段就是物探，但物探有多種多樣的手段，其中包括三維地震、地質(zhì)雷達(dá)、電磁信號(hào)、電波探測(cè)等，這些手段能獲得更為精細(xì)的數(shù)據(jù)，并建立精準(zhǔn)的三維地質(zhì)模型。在上述的物探手段中最為常見(jiàn)的是三維地震探測(cè)，其原理是利用人工激發(fā)地震波在地下鹽層中的傳播路徑和傳播時(shí)間，由此可以探測(cè)出埋藏的深度和形狀。三維地震技術(shù)是目前覆蓋面最廣且探測(cè)的深度最大，分辨率也是最高的，擁有這些特點(diǎn)也讓它成為了應(yīng)用最廣泛的測(cè)繪技術(shù)。

與三維地震不一樣的是地質(zhì)雷達(dá)，它最主要的工作原理是利用高頻電磁脈沖波的反射弧進(jìn)行探測(cè)目標(biāo)。然后通過(guò)對(duì)雷達(dá)反射出來(lái)的圖像進(jìn)行判斷，推測(cè)出地下目標(biāo)物的實(shí)際大小情況以及結(jié)構(gòu)。雷達(dá)這項(xiàng)物探技術(shù)擁有較高的精度、效率以及便捷性，但目前正在用于煤巖層界線的研究方向。

上述的兩個(gè)物探手段，所得到的數(shù)據(jù)都需要通過(guò)人工的處理后生成地理坐標(biāo)，再結(jié)合其他點(diǎn)線面的數(shù)據(jù)，生成可視化的三維地質(zhì)建模。礦山領(lǐng)域可在其基本體緣或不規(guī)則表面將地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)更新再加入已知建模，采取關(guān)鍵的技術(shù)算法，對(duì)原來(lái)的地層模型進(jìn)行調(diào)整、細(xì)分后可以重塑一個(gè)新的地層模型。

2.3 解決測(cè)繪地理信息服務(wù)難題

對(duì)于礦山來(lái)說(shuō)，井上工業(yè)廣場(chǎng)和井下的通道重點(diǎn)場(chǎng)所都是生產(chǎn)活動(dòng)中最主要的場(chǎng)所，如何快速且高效獲取到它們的數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上快速建成可視化三維建模，在此基礎(chǔ)上制定出高效的礦山采集技術(shù)，這就是目前來(lái)說(shuō)測(cè)繪地理信息的難點(diǎn)問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題筆者介紹了一種新型的建模方式——激光掃描測(cè)繪地理信息。

激光掃描是一種不需要接觸的測(cè)量方式，它的原理是通過(guò)激光的雷達(dá)信號(hào)掃描能夠快速的獲取目標(biāo)的反射坐標(biāo)。在利用上述的三維建模進(jìn)行三維圖的掃描以及測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并且能夠輸出多種形式的圖像產(chǎn)品。目前我國(guó)所使用到的激光掃描主要來(lái)自于歐美國(guó)家，而我國(guó)激光掃描井下的應(yīng)用較少，因?yàn)楹芏嗉す鈷呙柘到y(tǒng)不具備防爆，防潮等功能，且井下的高溫和灰塵也會(huì)影響到激光測(cè)繪的精準(zhǔn)度。近年來(lái)，有提出相關(guān)工作方面的應(yīng)用，但還需要進(jìn)一步深入研究。

總體來(lái)說(shuō)測(cè)繪地理信息服務(wù)對(duì)于礦山探測(cè)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，還需要提高技術(shù)方面的加持。測(cè)繪地理信息服務(wù)是智慧礦山領(lǐng)域的基礎(chǔ)和核心，它決定著整個(gè)礦山工作的高效率高質(zhì)量。在深入研究技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)綜合考慮開(kāi)發(fā)的方向，要滿足礦山領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⑾到y(tǒng)的所有需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平在飛速的發(fā)展，加之國(guó)內(nèi)各大煤礦企業(yè)開(kāi)展了一系列智慧礦山的建設(shè)，測(cè)繪地理信息服務(wù)將面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，通過(guò)將測(cè)繪地理信息服務(wù)信息化、科技化才是能夠長(zhǎng)久發(fā)展的表現(xiàn)，針對(duì)于可視化提出來(lái)的一些思路，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。測(cè)繪地理信息服務(wù)不僅只存在于表面現(xiàn)象，而是能夠深入到每一個(gè)細(xì)分的領(lǐng)域，并形成屬于自己的特色和專業(yè)化，為智慧礦山建設(shè)提供有價(jià)值的信息支持、優(yōu)化的建設(shè)模式、合理安全科學(xué)的開(kāi)采方法，為大數(shù)據(jù)時(shí)代的智慧礦山提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和動(dòng)力。