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摘要：矿山测量工作对于矿山生产建设来说是不可缺少的，是矿山生产建设的基础性工作，也是关系到矿山安全的重要工作。随着现代科学技术的不断发展，矿山测量的数字化建设也是发展的必然趋势，矿山测量是数字化矿山建设中的关键环节。本文就针对数字化测量技术在矿山测量中的应用展开讨论。
关键词：矿山测量；技术应用 ；数字化
Abstract: The work of mine surveying is indispensable in the mine production and construction, is the basis of mine production and construction work, but also relate to the work safety in mines. With the development of modern science and technology, the inevitable trend of digital construction of mine surveying is development, mine surveying is a key link in the construction of digital mine. This paper in digital measurement technology application in mine surveying is discussed.
Key words: mine surveying; technology; digital
中图分类号：P25 文献标识码：文章编号：
一、数字矿山的特点和组成
从数字矿山的基本定义中我们就可以看出，数字矿山是一种综合性很强的应用系统，它具备了多种功能特性：数字矿山是以企业的内部网络作为“道路”；将采矿、现实模拟、科学计算与智能化作为“工具”；把采矿过程中的专业数据和应用模型作为“载体”；以真实的三维地学模拟和采矿资料作“包装”，以不同地质条件下的矿业开采数据和系统更新做“保障”；以矿山为“调度”。数字矿山通过将这些环节进行合理的调配和整合，从而实现矿也开采过程中，信息及时化、自动化和矿山开采的高效率。最终实现整个开采和生产过程，在没有人的干预下实现矿业开采和生产的自动化管理。数字矿山系统是由五个部分组成，分别是：信息采集系统、调度系统、功能系统、包装系统、核心系统。这个五个系统在矿山生产和开采的运营过程中都有着非常重要的作用。
1.信息采集系统。所谓信息采集系统，是在矿山的开采过程中，将信息资料和具体数据进行搜集和整理并存储起来。信息采集系统又可划分成为几个小系统，比如说对矿山的测量、勘察、传输和记录这几个信息采集子系统。这个环节中重要的一点是实现信息资料数据的数字化。
2.调度系统。这里所指的调度系统是通过拓展建设和维护、绘图与传输等一些基本功能，实现对信息数据访问的控制，做好开放端口和生产调度的协调工作，加强管理。
3.功能系统。功能系统作为数字矿山系统中的重要组成部分，它的主要作用是负责为数字矿山系统提高各种专业虚拟和分析研究功能，通过对一些数据的分析研究和整理，为数字矿山系统的正常运行提供一定的理论基础。
4.包装系统。在数字化矿山系统中，包装系统主要是为其提供专业的模型工具，并做好不同地理环境下的矿山资料数据和信息资料的筛选功能。
5.核心系统。核心系统主要是在数字化矿山系统中，实现对信息资料数据和各种模具的统一化管理。为企业管理者作出正确的决策提供正确决策分析和理论依据。
信息资料数据作为数字矿山系统中的核心，有着十分重要的作用。与矿山息息相关的地理空间环境数据仓库和以及属性数据仓库是数字矿山系统的基础。在这个基础之上通过建立相关的模具仓库，对矿业的开采、生产、和发展等提供相关的应用模型。比如冒顶预计、冒顶计算、顶板脱离计算、开采陷落计算、水位量设计、甲烷聚集模型等内容。数据仓库中所存储的所有资料数据和模具仓库中所存放的所有矿业模型。就是通过被各种“工具”在数字矿山的“道路”上，输送的数字“载体”。所以在实现矿山测量的数字化过程中，最主要的就是建立一个全面的地理环境信息系统和地理空间划分应用系统。
二、矿山数字化测量技术
1.矿山测量任务
矿山测量因具有一定的的特殊性和多学科交叉性,曾单独为一个专业,它的发展和进步与三个方面密切相关：一是采矿技术和矿业工程的发展及要求；二是测绘科学技术与仪器设备的发展；三是其它学科的发展与影响。矿山测量工作者担负着矿山地面和地下三维空间的测量、定位与制图，矿体几何，储量管理及开采监督，开采沉陷观测及开采损害防护等任务。近十多年来,资源、环境、灾害和人口问题成为人类社会发展的四个重大问题。国内外资料表明,矿山测量工作者在矿区和工矿城市环境的动态综合监测,环境评价,及矿区环境信息管理,矿区开采信息管理系统,开采沉陷区综合治理等方面做了大量的工作,起到了重要作用。
目前以3S为主导的空间信息技术将逐渐应用于矿山测量及矿山建设与生产中,对现代化采矿工业起到优质高效服务和辅助决策的作用。现代矿山测量的主要任务可概括为:在矿山勘测、设计、开发和生产运营阶段,对矿区地面和地下空间资源(以矿产资源和土地资源为主)和环境信息进行采集、存储、处理、显示、分析、利用,为合理有效的开发资源、保护资源、保护环境、治理环境服务,为工矿区可持续发展服务。
2、主要研究内容与目标
在数字矿山建设中,就矿山测量而言,除常规的矿井建设、生产中的测量任务之外,应特别重视以下的研究:矿图数字化与数字化成图—自动化矿山地学信息采集系统;矿山开采环境的综合评价与治理—矿山开采环境四维动态信息系统;GIS和GPS(全球定位系统)结合及其在矿山开采环境监测与治理中的应用—矿山开采环境实时监测系统;矿山环境信息系统的质量模型及其精度不确定性处理—矿山开采环境信息系统的误差分析系统。
（1）矿图数字化和数字化成图—自动化矿山地学信息系统
矿图数字化和数字化成图将成为矿山GIS数据采集的基本手段。实现数据采集自动化是降低矿山GIS成本的重要途径。综合利用不同的数据源(井上下测量、数字化矿图、地勘信息、航测遥感信息等)、建立适合矿山各类应用的基础地理空间信息数据库及分层信息(包括设备位置及属性信息),建立好矿山地学信息系统。同时注重模式识别和专家系统理论。研究的最终目标是实现矿图数据采集、识别和处理的自动化。
1)三维可视化技术
三维可视化技术是对矿山数据建立模型并进行立体化描绘的技术手段,它将数据转化成可视的形象,具体能够表现矿体的空间位置、地形形态、矿井上下的操作演示,形象直观,能够增强工作人员的理解,增强开发过程中的精确度,并且能够增强矿山工作的安全性。实际运用中经常使用3DMAX和Maya设计软件。首先,要建立模型。就是通过软件中的点、线、面的合理配合与调度,根据相关数据,建立矿体的数字化模型,能够展现矿体的位置与形状,模拟开发工作的具体细节。其次要对模型贴材质。通过第一步的建模,我们大致可以了解矿体的宏观形象,而贴材质就是要根据实际地行情况赋予模型具体的属性特征,像颜色、光泽、光滑度以及反射效果等等,通过这一步将大大增加模型的真实性。第三,进行渲染,主要就是给模型加上光照。模拟实际情况,合理安排光源的位置与光的强弱,将模拟的画面渲染出来。第四,制作动画。就是根据DV拍摄的实际情况,模拟动画场景,将静止的物体动态化。这一步可以实现對工作场景的动画模拟,监测可操作性,规避不必要的风险。
2)數字化资料处理技术
在矿山测量工作中的数据处理,主要是指对数字、图形、以及文字和表格的处理,包括采集、处理及存储。在实际工作中主要是利用计算机对测量数据进行加工整理,制作电子化表格,并进行数据共享。在这个过程中要运用到专业化的数字处理软件,像VB等,这样能够有效建立数字数据库,并能够增强数字共享性及以维护性和易保存性。
(2)矿山开采环境的综合评价与治理—矿山开采环境四维动态信息系统
矿山开采环境综合评价与治理不仅包括传统的开采沉陷预测与安全开采方案评估,矿区塌陷区综合治理与动态环境评价、矿区土地管理与区域规划等内容,更重要的是采用GIS技术手段。针对矿山开采空间状态是随时间和生产发展而变化的特点,在现有GIS数据模型基础上,研究适用于矿山开采环境的空间和时间综合四维数据模型,建立有效的矿山地理信息系统。该系统应达到如下目标:
1)实现各类地质采矿条件下开采沉陷的四维动态模拟,为矿山开采沉陷的综合治理(建筑物保护、安全开采方案、保护煤柱设计,采动滑坡治理等)提供依据。
2)实现矿区生产管理的动态模拟,为主管部门提供决策咨询。
3)实现矿区土地资源(地面覆盖物、地下管道工程、塌陷区生态复垦)自动化管理,为矿区开采环境的综合评价与治理提供依据。
(3)GPS和GIS结合及其在矿山开采环境监测中的应用—矿山开采环境实时监测系统.GPS定位技术是美国自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。目前,我国已开始应用GPS定位技术。对于矿山开采环境研究而言,主要是采用GPS定位技术采集地面动态坐标数据,并采用GIS进行数据管理和空间分析,从而获得所需信息。最终达到直接采用GPS技术对GIS作实时更新,建立矿山开采环境的实时监测系统。
三、结束语
矿山测量工作是矿山生产建设的基础性工作。一直以来在矿山测量时都沿用传统的手工计算和绘图方法,但是随着现代计算机和通信技术的迅猛发展,传统的方法显然已经不能适应时代的变化,一味的固守反而会阻碍矿山测量工作的发展,因此加大数字化技术在矿山测量中的应用是必然趋势。
参考文献：
[1] 郭先利.数字矿山系统分析与建模[J]， 煤炭经济研究，2012(08)
[2],王龙昌,张文涛. 数字化技术在矿山测量中的应用[J]， 山东煤炭科技，2011(04)
关键词：矿山测量；技术应用 ；数字化
Abstract: The work of mine surveying is indispensable in the mine production and construction, is the basis of mine production and construction work, but also relate to the work safety in mines. With the development of modern science and technology, the inevitable trend of digital construction of mine surveying is development, mine surveying is a key link in the construction of digital mine. This paper in digital measurement technology application in mine surveying is discussed.
Key words: mine surveying; technology; digital
中图分类号：P25 文献标识码：文章编号：
一、数字矿山的特点和组成
从数字矿山的基本定义中我们就可以看出，数字矿山是一种综合性很强的应用系统，它具备了多种功能特性：数字矿山是以企业的内部网络作为“道路”；将采矿、现实模拟、科学计算与智能化作为“工具”；把采矿过程中的专业数据和应用模型作为“载体”；以真实的三维地学模拟和采矿资料作“包装”，以不同地质条件下的矿业开采数据和系统更新做“保障”；以矿山为“调度”。数字矿山通过将这些环节进行合理的调配和整合，从而实现矿也开采过程中，信息及时化、自动化和矿山开采的高效率。最终实现整个开采和生产过程，在没有人的干预下实现矿业开采和生产的自动化管理。数字矿山系统是由五个部分组成，分别是：信息采集系统、调度系统、功能系统、包装系统、核心系统。这个五个系统在矿山生产和开采的运营过程中都有着非常重要的作用。
1.信息采集系统。所谓信息采集系统，是在矿山的开采过程中，将信息资料和具体数据进行搜集和整理并存储起来。信息采集系统又可划分成为几个小系统，比如说对矿山的测量、勘察、传输和记录这几个信息采集子系统。这个环节中重要的一点是实现信息资料数据的数字化。
2.调度系统。这里所指的调度系统是通过拓展建设和维护、绘图与传输等一些基本功能，实现对信息数据访问的控制，做好开放端口和生产调度的协调工作，加强管理。
3.功能系统。功能系统作为数字矿山系统中的重要组成部分，它的主要作用是负责为数字矿山系统提高各种专业虚拟和分析研究功能，通过对一些数据的分析研究和整理，为数字矿山系统的正常运行提供一定的理论基础。
4.包装系统。在数字化矿山系统中，包装系统主要是为其提供专业的模型工具，并做好不同地理环境下的矿山资料数据和信息资料的筛选功能。
5.核心系统。核心系统主要是在数字化矿山系统中，实现对信息资料数据和各种模具的统一化管理。为企业管理者作出正确的决策提供正确决策分析和理论依据。
信息资料数据作为数字矿山系统中的核心，有着十分重要的作用。与矿山息息相关的地理空间环境数据仓库和以及属性数据仓库是数字矿山系统的基础。在这个基础之上通过建立相关的模具仓库，对矿业的开采、生产、和发展等提供相关的应用模型。比如冒顶预计、冒顶计算、顶板脱离计算、开采陷落计算、水位量设计、甲烷聚集模型等内容。数据仓库中所存储的所有资料数据和模具仓库中所存放的所有矿业模型。就是通过被各种“工具”在数字矿山的“道路”上，输送的数字“载体”。所以在实现矿山测量的数字化过程中，最主要的就是建立一个全面的地理环境信息系统和地理空间划分应用系统。
二、矿山数字化测量技术
1.矿山测量任务
矿山测量因具有一定的的特殊性和多学科交叉性,曾单独为一个专业,它的发展和进步与三个方面密切相关：一是采矿技术和矿业工程的发展及要求；二是测绘科学技术与仪器设备的发展；三是其它学科的发展与影响。矿山测量工作者担负着矿山地面和地下三维空间的测量、定位与制图，矿体几何，储量管理及开采监督，开采沉陷观测及开采损害防护等任务。近十多年来,资源、环境、灾害和人口问题成为人类社会发展的四个重大问题。国内外资料表明,矿山测量工作者在矿区和工矿城市环境的动态综合监测,环境评价,及矿区环境信息管理,矿区开采信息管理系统,开采沉陷区综合治理等方面做了大量的工作,起到了重要作用。
目前以3S为主导的空间信息技术将逐渐应用于矿山测量及矿山建设与生产中,对现代化采矿工业起到优质高效服务和辅助决策的作用。现代矿山测量的主要任务可概括为:在矿山勘测、设计、开发和生产运营阶段,对矿区地面和地下空间资源(以矿产资源和土地资源为主)和环境信息进行采集、存储、处理、显示、分析、利用,为合理有效的开发资源、保护资源、保护环境、治理环境服务,为工矿区可持续发展服务。
2、主要研究内容与目标
在数字矿山建设中,就矿山测量而言,除常规的矿井建设、生产中的测量任务之外,应特别重视以下的研究:矿图数字化与数字化成图—自动化矿山地学信息采集系统;矿山开采环境的综合评价与治理—矿山开采环境四维动态信息系统;GIS和GPS(全球定位系统)结合及其在矿山开采环境监测与治理中的应用—矿山开采环境实时监测系统;矿山环境信息系统的质量模型及其精度不确定性处理—矿山开采环境信息系统的误差分析系统。
（1）矿图数字化和数字化成图—自动化矿山地学信息系统
矿图数字化和数字化成图将成为矿山GIS数据采集的基本手段。实现数据采集自动化是降低矿山GIS成本的重要途径。综合利用不同的数据源(井上下测量、数字化矿图、地勘信息、航测遥感信息等)、建立适合矿山各类应用的基础地理空间信息数据库及分层信息(包括设备位置及属性信息),建立好矿山地学信息系统。同时注重模式识别和专家系统理论。研究的最终目标是实现矿图数据采集、识别和处理的自动化。
1)三维可视化技术
三维可视化技术是对矿山数据建立模型并进行立体化描绘的技术手段,它将数据转化成可视的形象,具体能够表现矿体的空间位置、地形形态、矿井上下的操作演示,形象直观,能够增强工作人员的理解,增强开发过程中的精确度,并且能够增强矿山工作的安全性。实际运用中经常使用3DMAX和Maya设计软件。首先,要建立模型。就是通过软件中的点、线、面的合理配合与调度,根据相关数据,建立矿体的数字化模型,能够展现矿体的位置与形状,模拟开发工作的具体细节。其次要对模型贴材质。通过第一步的建模,我们大致可以了解矿体的宏观形象,而贴材质就是要根据实际地行情况赋予模型具体的属性特征,像颜色、光泽、光滑度以及反射效果等等,通过这一步将大大增加模型的真实性。第三,进行渲染,主要就是给模型加上光照。模拟实际情况,合理安排光源的位置与光的强弱,将模拟的画面渲染出来。第四,制作动画。就是根据DV拍摄的实际情况,模拟动画场景,将静止的物体动态化。这一步可以实现對工作场景的动画模拟,监测可操作性,规避不必要的风险。
2)數字化资料处理技术
在矿山测量工作中的数据处理,主要是指对数字、图形、以及文字和表格的处理,包括采集、处理及存储。在实际工作中主要是利用计算机对测量数据进行加工整理,制作电子化表格,并进行数据共享。在这个过程中要运用到专业化的数字处理软件,像VB等,这样能够有效建立数字数据库,并能够增强数字共享性及以维护性和易保存性。
(2)矿山开采环境的综合评价与治理—矿山开采环境四维动态信息系统
矿山开采环境综合评价与治理不仅包括传统的开采沉陷预测与安全开采方案评估,矿区塌陷区综合治理与动态环境评价、矿区土地管理与区域规划等内容,更重要的是采用GIS技术手段。针对矿山开采空间状态是随时间和生产发展而变化的特点,在现有GIS数据模型基础上,研究适用于矿山开采环境的空间和时间综合四维数据模型,建立有效的矿山地理信息系统。该系统应达到如下目标:
1)实现各类地质采矿条件下开采沉陷的四维动态模拟,为矿山开采沉陷的综合治理(建筑物保护、安全开采方案、保护煤柱设计,采动滑坡治理等)提供依据。
2)实现矿区生产管理的动态模拟,为主管部门提供决策咨询。
3)实现矿区土地资源(地面覆盖物、地下管道工程、塌陷区生态复垦)自动化管理,为矿区开采环境的综合评价与治理提供依据。
(3)GPS和GIS结合及其在矿山开采环境监测中的应用—矿山开采环境实时监测系统.GPS定位技术是美国自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。目前,我国已开始应用GPS定位技术。对于矿山开采环境研究而言,主要是采用GPS定位技术采集地面动态坐标数据,并采用GIS进行数据管理和空间分析,从而获得所需信息。最终达到直接采用GPS技术对GIS作实时更新,建立矿山开采环境的实时监测系统。
三、结束语
矿山测量工作是矿山生产建设的基础性工作。一直以来在矿山测量时都沿用传统的手工计算和绘图方法,但是随着现代计算机和通信技术的迅猛发展,传统的方法显然已经不能适应时代的变化,一味的固守反而会阻碍矿山测量工作的发展,因此加大数字化技术在矿山测量中的应用是必然趋势。
参考文献：
[1] 郭先利.数字矿山系统分析与建模[J]， 煤炭经济研究，2012(08)
[2],王龙昌,张文涛. 数字化技术在矿山测量中的应用[J]， 山东煤炭科技，2011(04)