矿山测量数据处理与三维巷道建模方法研究

杨文元

摘 要：文章详细介绍了当前正广泛应用的几种矿山测量和数据处理技术，阐述了各自的原理、方法和优势，进而论述了矿山数据处理和三维巷道建模之间的关系，也对三维巷道建模的方法和要领进行了剖析，以期为矿山从业者提供一定帮助。

关键词：矿山测量;数据处理;原理;三维;建模

0 引言

矿产资源在我国经济社会的发展中起着非常重要的作用，是一切工业生产的基础，而对于矿产资源的合理高效开采来说，矿山地理信息化管理显得尤为重要，尤其是地下开采的矿井，矿山测量数据的处理和三维巷道建模方法是矿井作业的核心基础，矿山测量数据的准确与否直接影响整个矿井的开采布置、工艺选取和资源回采率。然而，就我国当前矿山测量相关信息化管理的软件整体情况来看，常用的方法有航测成图、原图处理和地面数值化成图三种，但大多还是以绘图为主要功能模块，三维巷道建模的方式方法尚不完善，测量数据处理和三维巷道建模二者之间没有很好的融合，功能集成有待进一步加强。

1 矿山测量数据处理

矿山测量是是矿区生产经营的基础性工作，其工作内容主要是对矿山原始地貌、坐标位置和几何要素进行测绘与计算，并对矿山开采过程中各分部分项工程、建筑以及各种构筑物（巷道）的几何关系进行研究的一门技术手段。同时，一方面，根据矿山开采设计规范和要求，对矿山开采施工过程中各项采矿几何要素进行复核与监督，确保采矿行为合法合规，避免超采、越界开采等违法现象;另一方面，对岩层异动和边坡稳定性进行定期或不定期的观测与计算，为安全技术措施和阶段性的开采计划的编制与实施提供依据，确保在满足安全的前提下尽可能的提高生产经营效率[1]。

当前，数字化技术已广泛应用于矿山测量领域，有效促进了矿山测量工作质量，提升了测量结果的精准度，主要体现在以下几个方面：一是突破了传统测量制图的局限性，借助于计算机数值仿真手段，可以较全面地在计算机终端上展现矿山地形要素，更为直观具体，对开采活动的实施更有指导性;二是测量数据处理速度大大提高，能很快的实现测量数据的整合和处理，形成相应的图纸指导矿山开采工作;三是应用数字化测量技术，可以对各类确定、不确定的因素进行综合分析判断，测量结果更具有实用性，应用范围也更广，同时还节约了时间、人力成本等[2]。

目前应用在矿山的测量技术主要有以下几种：

1.1 RS 技术

亦称遥感技术，包括信息传输技术、信息分析技术、传感器技术及测量技术等组成部分，优势明显：测量耗时段;测量精度高;快速成图;可对矿山周遭的实况开展进行监测。

1.2 GPS 技术

分为监控、空间和用户三个部分，主要依赖于卫星导航系统，具有灵活性高、可全天候实施的特点，且不易出现测量误差积累的现象，在矿山地籍测量工作中应用广泛。

1.3 GIS 技术

亦称地理信息技术，原理是基于地理空间，结合相关的数学模型，展开计算分析，从而达到数据信息收集、处理、传递和使用的功能，建立矿山信息平台。

1.4 数据处理技术

借助于计算机技术，将通过测量方式采集到的数据信息转换为图形、表格、图表等直观形式，常用到的工具有CAD、C语言、Visual Basic语言等，同时，使用者也可以根据实际需要，这些软件实施二次开发，实现更好的展示效果。

1.5 数字化绘图技术

随着矿山开采规模的扩大或已开采时间的持续加长，地形地貌、巷道布置等基础数据信息将变得更加复杂，导致测量工作量也相应增大，对测量的准确度和测量效率均提出了更高的要求，而数字化绘图技术便具有智能化绘图功能，可在最短时间内对矿山地形地貌、建筑物布置与施工进度加以详细呈现，为采掘活动的接续和优化提供了良好基础。此外，数字化绘图还不受图纸尺寸的限制，可方便地进行修改完善[3]。

1.6 三维可视技术

运用数字化成图软件，形象地展现矿山空间信息和位置关系，具有很强的既视感，建模方法包括模型构建、粘贴材质和模型渲染三个部分。

2 三维巷道建模技术与方法

首先要明晰矿山测量和矿山巷道三维建模之间的关系，二者之间是相互作用的关系，前者是后者的数据基础，后者又可让测量人员更好地掌握矿山内部构造，通过分析以往测量数据，对矿山测量工作的完善起到促进作用，减少测量工作量[4，5]。

三维巷道巷道就是基于测量所获得的巷道信息数据，借助于三维可视化技术和虚拟仿真技术，建立矿井三维巷道模型，对矿山的可视化和立体化要求可以通过真实的图像和图形呈现出来，达到直观立体和动态观察的目的。三维巷道的数据模型如图1所示，可将井下的每条巷道比拟成一条巷道线，节点和巷道线的拓扑关系可以表述为节点是巷道线转弯点，成像前，导线点、结点及弧段和巷道线构成了三维数据库的原始信息，任意一条巷道线只有两个节点，巷道空间的每个点都具有三维坐标，根据设置好的参考坐标基准点，便可得到整条巷道的立体模型，依次类推，便可得到整个矿井三维巷道网络[6，7]。

需要注意的是，由于矿山巷道的不规整性，而三维建模时是存在对一些次要因素进行理想化处理的现象，这就对矿山测量方法的选择和测量人员的技术水准提出了较高要求，必要的时候，要采取人工复测的方式对机器测量结果进行验证、修正，尽可能地降低测量误差，同时，还要充分考虑井下因长期地应力影响导致的巷道变形等因素，在保证数据可靠性的前提下，最大限度地呈现矿山巷道三维结构。

3 结语

矿山测量数据处理与三维巷道建模是项系统性的技术工作，伴随着测量技术、计算机技术、图形图像处理技术等自动化、信息化技术的快速发展，也给从业者提出了更高的要求，要不斷的去学习研究，加以实践应用，促进矿山信息化建设。

参考文献：

[1]贾庆仁，车德福，朱继文.煤矿巷道三维建模方法设计与系统开发应用[J].矿山测量，2018（4）：1-4.

[2]刘亚静，王建佳，冉维维.二三维数据一体化在数字井巷工程中的研究与实现[J].矿山测量，2014（3）：59-62.

[3]王国兴，刘占秋.矿山测量数据计算程序编制与研究[J].黑龙江科技信息，2013（6）：96-96.

[4]石磊.矿山测量数据处理与三维巷道建模方法分析[J].能源与节能，2017（05）：42-43.

[5]宋修胜，陈薇薇，朱明坤.矿山测量与数据处理技术探析[J].科技传播，2010（024）：248.

[6]周智勇，陈建宏，汤其旺，等.巷道自动成图及三维建模[J].测绘科学，2010（04）：184-185+218.

[7]李海霞，贾建华，等.适合矿井巷道特点的三维数据结构研究[J].矿山测量，2000（4）.