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【摘要】随着数字地球和数字城市等数字化概念的产生,数字化矿山也逐渐被提上了日程。近年来,矿山数字化越来越被人们重视,并得到了较好的发展。矿山数字化使得我们的矿山采掘更加方便快捷,矿山生产过程更加安全、科学,有利于我国矿山事业健康持续的发展。本文就数字矿山建设中的矿山测量进行了探讨。
【关键词】数字 矿山 测量
中图分类号：P216文献标识码： A
前言
数字矿山的定义是： 在矿山企业的生产范围之内， 通过运用现代化的先进技术， 传感器网络相关技术， 以及数据库的技术相关技术应用， 对矿山企业的各个环节以及各个生产要素， 进行相应的科学性的、数字性的、集成性的， 以及网络性的相关管理， 并且通过实际的具有应用要求， 对矿山进行相应的规划， 对矿山的安全问题进行管理， 经营管理， 以及相应的应急救援指挥等相關系统的应用。通过对矿山进行数学化的管理， 使矿山企业可以安全的进行生产， 各个生产经营业务流程可以数字化的进行， 并且加工成新的信息， 向各层管理者及时传达信息，让各层管理者可以及时掌握动态的业务信息， 更有利于各层管理者做出最优的决策方案， 让企业的资源得到合理的配置， 在竞争激烈的市场环境下， 让企业得到最大的经济效益。
一、数字矿山的特征和基本组成
基于DM 的定义, DM 应具有以下六大特征: 以高速企业网为“路网”; 以采矿CAD (MCAD )、虚拟现实( VR )、仿真( CS )、科学计算( SC ) 与可视化(VS)为“路网”; 以矿业数据和矿业应用模型为“货物”; 以真三维地学模拟( 3DGM )和数据挖掘为“包装”; 以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山G IS(MG IS)为“调度”。DM 的最终表现为矿山的高度信息化、自动化和高效率, 以至到无人采矿和遥控采矿。DM 的基本组成可大致为采集系统、调度系统、功能系统、包装系统和核心系统五部分。
1、采集系统
负责数据采集与处理, 包括测量、勘探、传感和文档四类基础数据采集子系统; 其关键是所有数据的数字化。
2、调度系统
指MGIS, 负责提供拓扑建立与维护、空间查询与分析、制图与输出等GIS基本功能, 并进行数据访问控制、开放接口和生产调度与指挥管理等。
3、功能系统
负责提供各类专业模拟与分析功能, 包括MCAD、VM、MS、SC、A I和SV 等。
4、包装系统
负责提供3D 空间建模工具、多源异质矿山数据的空间融合环境和数据过滤、组合与封装机制, 包括3DGM和数据挖掘工具。
5、核心系统
负责统一管理数据和模型, 决策分析与支持等。可以看出, 数字矿山的核心是数据。与矿山相关的地理空间数据仓库和属性数据仓库是DM 的基础。地理空间数据仓库用来管理海量的井上、下矿山地物的几何信息、拓扑信息。属性数据仓库管理与之相关的矿山属性信息, 必须建立好矿山地理信息系统(MGIS)。在此基础上再建立相关模型仓库,管理各类为矿业工程、生产、安全、经营、管理、决策等服务的各类专业应用模型, 如开采沉陷计算、开采沉陷预计、顶板垮落计算、围岩运动模型、储量计算、通风网络解算、瓦斯聚集模型、涌水计算等。数据仓库所管理的海量数据与模型仓库所管理的矿业模型, 就是可以被各类“车辆”在DM “路网”上运输的数字“货物”。因此, 在数字矿山建设中, 矿山测量的重要工作和作用就是建立全面的地理空间基础信息系统及地理空间应用系统。做好基础数据的采集、组织、管理和利用将会给其他设备和生产信息的加载与集成提供统一的地理空间位置平台。
二、数字测量技术在矿山测量中的应用
数字测量技术不是指单一的某种测量技术，而是一种综合性的技术。数字测量技术是通过运用全球卫星定位系统、RTK、全站仪以及CAD 等相关软件绘制成图的与数字测量相关的设备，在矿山中通过采集和储存信息，达到对矿山测量的目的。在矿山中采用数字测量技术进行测量时，需要根据测量的地点，例如：地面、井下和测量的内容进行针对性的测量控制。对于数字测量技术在的应用中以矿山企业整体的测量技术水平为前提，需要测量人员掌握相关的技术操作，全面认识操作的重点，从而促进数字测量技术在矿山中的应用。
1、GPS 技术在矿山测量中的运用
对于GPS 技术在矿山测量时，由于GPS 接收机的最佳测程的原因，需要将测量的基线长度控制在30km 之内，并选择测量地的一处为基点，对基点进行GPS 观测，从而推算出GPS 点的坐标，以此为近似值计算GPS 三维无约束的平差,，求得基点的平差值。GPS 高程的控制，一般是利用两点之间的高差，用平差的方法计算GPS 各点的高程。在进行外业前，需要选择最佳的时间进行测量。每台接收机要配置技术人员2名，对讲机1 台。在测量车上需要电台1 部。在进行测量时，要保持两台接收机同时开机和关机。进行严格的调整，采用仪器所配置的天线高的丈量杆，进行丈量两次，最后取测量的平均值作为天线的斜高。值得注意的是，采用GPS 技术进行的矿山测量对地形条件和气候条件要求较高。一般地形地势不能海拔太高，且天气要晴朗，多雾，多云的天气不适合采用GPS技术进行矿山测量。因此，在采用GPS 技术进行矿山测量的时候，需要考虑所测量地点的实际情况。
2、RTK 技术在矿山测量中的运用
RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分的GPS测量技术。采用RTK 技术进行矿山测量的时候，需要注意参考站的接收机和流动站的接收机的转换参数要相同。在测量前，流动站需要进行检核，测量出来的数据需要采用统一的格式进行整理。在测量中，中线的位置需要测量确定，中折线的坐标确定后， 通过RTK 测量技术能够自动地显示出接收机和中线之间的距离。以此确定出中线的位置。从而可以确定中线的位置。由于矿山所处的地形地势的不同，尤其处于一些高山中，采用RTK 技术能够提高测量的准确度。值得注意的是，在矿山测量中，采用RTK 技术发展控制点，原控制网转换参数和坐标的转换参数需要保持一致。测量时，对控制点发展 2 次，且2 次的互差不能大于以下的限差：△ X ≤ 0.05 m，△ H ≤ 0.05m。进而将发展点作为控制点使用。 在矿山测量中，一般采用RTK 技术测量出的数据需要采用不同的数据输出格式，需要对测量出的数据进行转换。以转换出的数据的平均精度来作为测量中的误差。在 RTK 完成作业后，需要上交检核点的坐标的成果， 并且检核点数不能少于总点数的 1%。因此，在矿山测量中采用RTK 技术进行测量需要技术人员熟练的操作技能，以及高水平的技术知识，在测量中需要对矿山地形地质多方面的了解，才能应用好RTK 技术，保证矿山的测量工作提供高效率和高精确度。
3、全面推动数字测量技术在矿山生产中应用
基于数字测量技术测量的高效性和精确性，矿山生产应大力推广数字测量技术。从而矿山以自动化、信息化和智能化带动整个矿山产业的发展。通过科学的发展数字测量技术，促进整个矿山行业的优化升级。推动数字测量技术有助于矿业企业的新兴路线实施。有助于引进高技术的测量人才和先进的测量设备，促进矿山产业的发展。在矿山生产中通过应用数字测量技术能够促进矿产资源的综合开发，为矿山生产提供安全性的保障。因此，基于数字测量的种种优势，矿产企业需要全面的推动数字测量技术在矿山生产中的应用，提高整个产业的核心竞争力，促进矿山产业的长远发展。
三、数字矿山的前景与展望
随着测绘科学技术的不断发展,测量仪器设备越来越先进,建立系统的、全面的数字矿山是未来的趋势。未来的采矿业发展方向及发展状态将会有很大一部分依赖于数字矿山,这也将成为衡量一个矿山是否会健康持续发展的关键指标。然而,数字矿山的建设是一项长期、复杂并且庞大的系统工程。通过对数据采集和高速网络传输技术、分布式空间数据库和网络GIS技术、空间数据仓库和空间数据挖掘技术、三维可视化和虚拟现实技术、动态模拟和人工智能技术等的进一步研究改善实时性、交互性等方面,最终将会实现矿山的高度信息化、自动化和高效率,从而达到无人采矿和遥控采矿,从根源上解决矿井事故的发生。
结论
目前， 矿山生产技术和矿山生产都进行很大的科学技术的进步，矿山测量的重要性越来越凸显出来。本文首先对数字矿山的含义和矿山测量的任务进行了相应的分析， 其次对矿山测量的研究内容与目标进行了探讨， 最后对矿山测量的工程化进行了相应的系统研究。相信本文的研究一定能为矿山测量技术在矿山建设中的发展起到非常重要的作用。
【参考文献】
[1] 郭进伟.数字矿山系统分析与建模,煤炭经济研究,2009.
[2] 曹代勇等,数字矿山及其关键技术探讨[J].铜业工程,2005.
【关键词】数字 矿山 测量
中图分类号：P216文献标识码： A
前言
数字矿山的定义是： 在矿山企业的生产范围之内， 通过运用现代化的先进技术， 传感器网络相关技术， 以及数据库的技术相关技术应用， 对矿山企业的各个环节以及各个生产要素， 进行相应的科学性的、数字性的、集成性的， 以及网络性的相关管理， 并且通过实际的具有应用要求， 对矿山进行相应的规划， 对矿山的安全问题进行管理， 经营管理， 以及相应的应急救援指挥等相關系统的应用。通过对矿山进行数学化的管理， 使矿山企业可以安全的进行生产， 各个生产经营业务流程可以数字化的进行， 并且加工成新的信息， 向各层管理者及时传达信息，让各层管理者可以及时掌握动态的业务信息， 更有利于各层管理者做出最优的决策方案， 让企业的资源得到合理的配置， 在竞争激烈的市场环境下， 让企业得到最大的经济效益。
一、数字矿山的特征和基本组成
基于DM 的定义, DM 应具有以下六大特征: 以高速企业网为“路网”; 以采矿CAD (MCAD )、虚拟现实( VR )、仿真( CS )、科学计算( SC ) 与可视化(VS)为“路网”; 以矿业数据和矿业应用模型为“货物”; 以真三维地学模拟( 3DGM )和数据挖掘为“包装”; 以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山G IS(MG IS)为“调度”。DM 的最终表现为矿山的高度信息化、自动化和高效率, 以至到无人采矿和遥控采矿。DM 的基本组成可大致为采集系统、调度系统、功能系统、包装系统和核心系统五部分。
1、采集系统
负责数据采集与处理, 包括测量、勘探、传感和文档四类基础数据采集子系统; 其关键是所有数据的数字化。
2、调度系统
指MGIS, 负责提供拓扑建立与维护、空间查询与分析、制图与输出等GIS基本功能, 并进行数据访问控制、开放接口和生产调度与指挥管理等。
3、功能系统
负责提供各类专业模拟与分析功能, 包括MCAD、VM、MS、SC、A I和SV 等。
4、包装系统
负责提供3D 空间建模工具、多源异质矿山数据的空间融合环境和数据过滤、组合与封装机制, 包括3DGM和数据挖掘工具。
5、核心系统
负责统一管理数据和模型, 决策分析与支持等。可以看出, 数字矿山的核心是数据。与矿山相关的地理空间数据仓库和属性数据仓库是DM 的基础。地理空间数据仓库用来管理海量的井上、下矿山地物的几何信息、拓扑信息。属性数据仓库管理与之相关的矿山属性信息, 必须建立好矿山地理信息系统(MGIS)。在此基础上再建立相关模型仓库,管理各类为矿业工程、生产、安全、经营、管理、决策等服务的各类专业应用模型, 如开采沉陷计算、开采沉陷预计、顶板垮落计算、围岩运动模型、储量计算、通风网络解算、瓦斯聚集模型、涌水计算等。数据仓库所管理的海量数据与模型仓库所管理的矿业模型, 就是可以被各类“车辆”在DM “路网”上运输的数字“货物”。因此, 在数字矿山建设中, 矿山测量的重要工作和作用就是建立全面的地理空间基础信息系统及地理空间应用系统。做好基础数据的采集、组织、管理和利用将会给其他设备和生产信息的加载与集成提供统一的地理空间位置平台。
二、数字测量技术在矿山测量中的应用
数字测量技术不是指单一的某种测量技术，而是一种综合性的技术。数字测量技术是通过运用全球卫星定位系统、RTK、全站仪以及CAD 等相关软件绘制成图的与数字测量相关的设备，在矿山中通过采集和储存信息，达到对矿山测量的目的。在矿山中采用数字测量技术进行测量时，需要根据测量的地点，例如：地面、井下和测量的内容进行针对性的测量控制。对于数字测量技术在的应用中以矿山企业整体的测量技术水平为前提，需要测量人员掌握相关的技术操作，全面认识操作的重点，从而促进数字测量技术在矿山中的应用。
1、GPS 技术在矿山测量中的运用
对于GPS 技术在矿山测量时，由于GPS 接收机的最佳测程的原因，需要将测量的基线长度控制在30km 之内，并选择测量地的一处为基点，对基点进行GPS 观测，从而推算出GPS 点的坐标，以此为近似值计算GPS 三维无约束的平差,，求得基点的平差值。GPS 高程的控制，一般是利用两点之间的高差，用平差的方法计算GPS 各点的高程。在进行外业前，需要选择最佳的时间进行测量。每台接收机要配置技术人员2名，对讲机1 台。在测量车上需要电台1 部。在进行测量时，要保持两台接收机同时开机和关机。进行严格的调整，采用仪器所配置的天线高的丈量杆，进行丈量两次，最后取测量的平均值作为天线的斜高。值得注意的是，采用GPS 技术进行的矿山测量对地形条件和气候条件要求较高。一般地形地势不能海拔太高，且天气要晴朗，多雾，多云的天气不适合采用GPS技术进行矿山测量。因此，在采用GPS 技术进行矿山测量的时候，需要考虑所测量地点的实际情况。
2、RTK 技术在矿山测量中的运用
RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分的GPS测量技术。采用RTK 技术进行矿山测量的时候，需要注意参考站的接收机和流动站的接收机的转换参数要相同。在测量前，流动站需要进行检核，测量出来的数据需要采用统一的格式进行整理。在测量中，中线的位置需要测量确定，中折线的坐标确定后， 通过RTK 测量技术能够自动地显示出接收机和中线之间的距离。以此确定出中线的位置。从而可以确定中线的位置。由于矿山所处的地形地势的不同，尤其处于一些高山中，采用RTK 技术能够提高测量的准确度。值得注意的是，在矿山测量中，采用RTK 技术发展控制点，原控制网转换参数和坐标的转换参数需要保持一致。测量时，对控制点发展 2 次，且2 次的互差不能大于以下的限差：△ X ≤ 0.05 m，△ H ≤ 0.05m。进而将发展点作为控制点使用。 在矿山测量中，一般采用RTK 技术测量出的数据需要采用不同的数据输出格式，需要对测量出的数据进行转换。以转换出的数据的平均精度来作为测量中的误差。在 RTK 完成作业后，需要上交检核点的坐标的成果， 并且检核点数不能少于总点数的 1%。因此，在矿山测量中采用RTK 技术进行测量需要技术人员熟练的操作技能，以及高水平的技术知识，在测量中需要对矿山地形地质多方面的了解，才能应用好RTK 技术，保证矿山的测量工作提供高效率和高精确度。
3、全面推动数字测量技术在矿山生产中应用
基于数字测量技术测量的高效性和精确性，矿山生产应大力推广数字测量技术。从而矿山以自动化、信息化和智能化带动整个矿山产业的发展。通过科学的发展数字测量技术，促进整个矿山行业的优化升级。推动数字测量技术有助于矿业企业的新兴路线实施。有助于引进高技术的测量人才和先进的测量设备，促进矿山产业的发展。在矿山生产中通过应用数字测量技术能够促进矿产资源的综合开发，为矿山生产提供安全性的保障。因此，基于数字测量的种种优势，矿产企业需要全面的推动数字测量技术在矿山生产中的应用，提高整个产业的核心竞争力，促进矿山产业的长远发展。
三、数字矿山的前景与展望
随着测绘科学技术的不断发展,测量仪器设备越来越先进,建立系统的、全面的数字矿山是未来的趋势。未来的采矿业发展方向及发展状态将会有很大一部分依赖于数字矿山,这也将成为衡量一个矿山是否会健康持续发展的关键指标。然而,数字矿山的建设是一项长期、复杂并且庞大的系统工程。通过对数据采集和高速网络传输技术、分布式空间数据库和网络GIS技术、空间数据仓库和空间数据挖掘技术、三维可视化和虚拟现实技术、动态模拟和人工智能技术等的进一步研究改善实时性、交互性等方面,最终将会实现矿山的高度信息化、自动化和高效率,从而达到无人采矿和遥控采矿,从根源上解决矿井事故的发生。
结论
目前， 矿山生产技术和矿山生产都进行很大的科学技术的进步，矿山测量的重要性越来越凸显出来。本文首先对数字矿山的含义和矿山测量的任务进行了相应的分析， 其次对矿山测量的研究内容与目标进行了探讨， 最后对矿山测量的工程化进行了相应的系统研究。相信本文的研究一定能为矿山测量技术在矿山建设中的发展起到非常重要的作用。
【参考文献】
[1] 郭进伟.数字矿山系统分析与建模,煤炭经济研究,2009.
[2] 曹代勇等,数字矿山及其关键技术探讨[J].铜业工程,2005.