测绘新技术在露天开采金属矿山测量中的应用.pdf

世界有色金属2023年6月下20测绘技术Mapping technology测绘新技术在露天开采金属矿山测量中的应用毛川，侯威震，陈小歌（河南测绘职业学院，河南 郑州 4 5 0 0 0 0）摘 要：随着科学技术的发展，测绘技术得到了极大的发展，随着测绘技术的不断发展，测绘技术的运用越来越广泛，尤其是在野外进行的金属矿山的测量。简要介绍了露天金属矿山的测量工作，对其技术优势和常用的几种测绘技术进行了详细的阐述，着重介绍了在金属矿山的测量中采用的一些新技术。关键词：测绘新技术；露天开采；金属矿山测量；应用与分析中图分类号：T D 1 7 6 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 2-0 0 2 0-3Application of New Surveying and Mapping Technology in Open pit Metal Mine SurveyingMAOChuan,HOUWei-zhen,CHENXiao-ge(He n a n V o c a t i o n a l C o l l e g e o f S u r v e y i n g a n d Ma p p i n g,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0,C h i n a)Abstract:Wi t h t h e d e v e l o p me n t o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y,s u r v e y i n g a n d ma p p i n g t e c h n o l o g y h a s b e e n g r e a t l y d e v e l o p e d.Wi t h t h e c o n t i n u o u s d e v e l o p me n t o f s u r v e y i n g a n d ma p p i n g t e c h n o l o g y,t h e a p p l i c a t i o n o f s u r v e y i n g a n d ma p p i n g t e c h n o l o g y i s mo r e a n d mo r e e x t e n s i v e,e s p e c i a l l y i n t h e f i e l d o f me t a l mi n e s u r v e y i n g.T h i s p a p e r b r i e f l y i n t r o d u c e s t h e s u r v e y i n g w o r k o f o p e n p i t me t a l mi n e s,e x p o u n d s i t s t e c h n i c a l a d v a n t a g e s a n d s e v e r a l c o mmo n l y u s e d s u r v e y i n g a n d ma p p i n g t e c h n o l o g i e s i n d e t a i l,a n d e mp h a t i c a l l y i n t r o d u c e s s o me n e w t e c h n o l o g i e s u s e d i n t h e s u r v e y i n g o f me t a l mi n e s.Keywords:n e w s u r v e y i n g a n d ma p p i n g t e c h n o l o g y;o p e n-p i t mi n i n g;Me t a l mi n e s u r v e y;A p p l i c a t i o n a n d a n a l y s i s收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：毛川，男，生于1 9 8 8 年，河南濮阳人，本科，助理讲师，研究方向：工程测量相关教学。露天金属矿山要开采其内部的资源，不管是在设计阶段，还是在后期进行地质环境修复都有新的方法来绘制金属矿山的地图。但是，由于采矿工艺的特殊性，在采掘过程中大量出现了大量的危险岩体，这就造成了许多采矿矿区的现场调查困难。在此背景下，采用常规方法进行区域资料的测定，不仅困难，而且存在着很大的安全隐患，而且对所需资料的准确性也很难保证。因此，对当前一些新的测绘技术进行深入的研究，既能确保测绘工作的工作效率，又能尽量减少工作中的安全隐患。1 露天金属矿山的重点测量内容近几年，由于社会生产力的提高，人们对金属矿物的需求量不断扩大。同时，也促进了我国金属矿开发工作的深入开展。由于大部分的金属矿都是在野外进行采矿，因而容易受到外部的影响。在这种情况下，测绘工作就变得非常地关键。只有对露天金属矿山进行全方位的测绘，掌握矿区的地质特征，对露天金属矿山的地质特征进行控制，以保证采矿工作的安全和稳定。采矿测绘工作是一项十分繁重、繁杂的工作，其手段多种多样1。因此，有关部门应充分考虑矿区的地理、气候和自然环境，根据测量的内容及精度的需要，选用合适的测绘技术，利用SDCORS、无人机航空摄影、地面激光三维扫描仪等先进技术对露天采矿进行了测量，并在实际中得到了较好的效果。2 金属矿山测量对露天金属矿山安全生产的作用与价值运用这一技术，可以确定钻孔的走向。在金属矿生产中，对露天金属矿山进行科学的科学地勘探，不仅可以确定露天金属矿山的工作走向，而且可以为露天金属矿山的安全生产工作带来有力的信息支撑。另外，采用这种技术可以减少露天金属矿山的意外2。在生产过程中，由于各种原因造成的安全隐患，如冒顶、沉降等，这些问题不仅严重地损害了生产的经济利益，而且危及工人的生命和财产。而露天金属矿山监测技术的科学化运用，可以对露天金属矿山安全和稳定进行预警和防治。3 测绘新技术在露天金属矿山测量中的应用思路研究将现代测绘技术运用于露天金属矿山地质调查，其基本思想是建立露天金属矿山数字模型、矿山图像配置和数据处理；测量分析，综合控制，以及激光测量的整个过程.利用以上过程，将矿山的地质资料以数字方式呈现出来。在进行露天金属矿山的测量时，利用现代测绘技术建立的数学建模只需在相应的模型上将所需的坐标参数录入相应的模型，就可以精确地显示出样品的位置。同时，展示的成果也能为以后的露天金属矿山进行相应的计划和准确的勘探提供依据。以下将对栅格数字化测绘地图的采集和处理作一详尽的阐述。3.1 矿山工程测量数据采集与处理将现代测图技术用于露天金属矿山工程勘察，首要任务是收集和加工测量资料。利用GIS技术对露天金属矿山范围进行了地理位置的定位，按照露天金属矿山规定的项目要求，设计了定位网的密度和经济性，并结合露天金属矿山的施工标准和野外考察的成果，决定了各节点的联系，并设定了观测站的数量和时间3。露天金属矿山工程测量实践中，由于测量任务和目标的差异，其位置观测站的布置也不尽相同。在选定观测站的时候，要选用与露天金属矿山技术有关的、便于扩大和联测的方法，要保证地基观测站牢固、稳固、便于长期存放，为保障计量工作的安全性，创造了良好的环境。同时，必须采用理论上的无线电发射器，并确保其最短2023年6月下 世界有色金属21测绘技术Mapping technology的间距超过350m，最短的距离应该超过80m。在获取资料的过程中，要注意卫星截止高度角、有效卫星数量和有纤维性数量，对观察的数量、位置精度和强度等进行了严密的监控。针对露天金属矿山工程资料的处理，采用了.sth格式的观测资料，采用了卫星地图技术，将其转换为内rinex格式，便于以后的网格测量地图的制作。在进行数据分析时，必须用基线运算得到的两个差分的固定解来作为最后的处理。双差固定解法的可靠程度，是由单个位置的错误和全周模糊度的探测放大来决定的。对于相同的两个差动的固定解，在相同的时间周期内，应该选取任何三个边正回路的坐标作为其全长的相对封闭差值，并进行反复的基线检查，使基线的边长差异符合位置控制所要求的准确度要求。而不是相同的两个差分的固定解组，则可以不在同步周期中进行反复校验。通过对各定位基线的分析，得出了满足条件的定位基线，把各个独立的定位基线组合起来组成一个封闭的曲线，以其组成的协方差矩阵为主要的测量值，以某个观测站的3-D坐标为起点，对定位网进行三维不受限制地调整。若超过预先确定的上限值，视为基线或邻近地区有一条粗差基线，用地图软件进行消除，以确保下一次的测量精度4。3.2 数字化栅格测量地形图建立采用数字网格法进行露天金属矿山工程的测量，是将数字网格法的地形图与计算机技术相结合，实现露天金属矿山施工现场的地质地貌的精确定位与标定。在网格测绘的数字地形图建模中，常用的资料来源有航空影像、基本比例尺地形图、高分辨率全色图和多波段影像。首先，通过对所获取的空中照片进行数据的扫描和校正，然后在地势比较高的区域进行定点正射校正，并将校正后的数据进行互相连接。其次，在基础尺度地图中，一般采用 1 50000 或1 10000的比例尺地图，对资料进行扫描，并进行光栅格校正、误差校正、坐标变换等工作。在高精度的全色系遥感影像中，必须采用多项式校正方法，在相对平坦的地形上采用多项式校正，在有较大起伏的情况下，采用局部校正方法进行校正，在山区有较大的起伏情况下，采用主要的校正方法。根据多波段图像，从各个角度进行图像的匹配和校正。经四种图像格式的校正，将全部资料整合成一幅数码网格地图。经校正后的高清晰度全色卫星图像与多波段图像完全结合，构成了人造卫星图像。然后将数字网格地图与卫星图像数据进行透明匹配，参照矿区的历史数据，利用网格化的屏幕显示和网格更新，实现了栅格数字化测绘。由于露天金属矿山项目对精度要求较高，通常采用数码栅格法进行测绘，其精度要求在360dpi以下。而对数码网格测深的平面曲线，则利用360dpi的解析度将其进行二次扫描，结果显示为中央线。但是，在数字网格测绘地图上，它会直接影响到最后生成的图形的视觉效果。为此，在光栅数字扫描中，必须严格按照取样定律来控制各种影响的扫描时的分辨率，比如，如果把光栅测量地图精确到0.2mm或更低，则其扫描取样的解析度应该小于720dpi，就可以达到满足采集准确度要求的数字网格测绘地图的制作，并且不会对最后的测量结果的准确性产生任何的干扰5。利用已有的地质图谱进行露天金属矿山的各种参数的测定，并在此基础上编制平差报告、外业观测报告和实测报告。4 测绘新技术在金属矿山测量中的应用4.1 全站仪的应用全站仪又称全站式星电测距机，它是一种高科技的测控仪器，它可以用来测量水平角、垂直角、距离和高度。在露天金属矿山的现代化测量中，全站仪已广泛使用，而全站仪在露天金属矿山的测量中起着重要的作用。全站仪是一种高科技的测控设备，它的工作原理是在地表和地下都设置测控系统，并在井下设置了测控模式，并利用地下和地下的测控方法，形成了一个三维的数据库。在金属矿山的现场勘测中，全站仪可以实现实时、自动化的实时数据收集，及时传递、处理和分析，为现场勘查工作带来了巨大的方便。在露天金属矿山的现场测量中，全站仪可以实现工程测量、地面测量和地形测量等方面的工作。另外，全站仪器全部实现了全自动化，既保证了露天金属矿山的安全，又可降低人力劳动强度，它能有效地降低生产的劳动强度，节约生产费用，为公司创造可观的经济利益。为众多露天金属矿山勘测人员所喜爱。4.2 全球定位系统仪的应用GPS是一种广泛使用于我国的露天金属矿山测量中的GPS。我国地质环境复杂，同时，由于受天气、通信等因素的制约，常规的露天金属矿山测量技术难以对矿区地表、露天金属矿山进行精确的测量，同时也难以获得较为精确、可靠的资料，这在一定程度上制约了这一技术的发展和应用，使其在开采过程中存在着较大的安全风险。利用GPS进行露天金属矿山的测量，可以很好地解决以上问题。GPS系统是通过对露天金属矿山进行任意选点，安装GPS静态GPS定位网络，全天候监测和记录露天金属矿山的执行状态。另外，利用RTK技术，在露天金属矿山的实际工作中，只要在控制点设置GPS基准，就可以在一定的范围内进行数据采集，既能快速测点，又不受季节变化的影响，因此在露天金属矿山的测量中具有举足轻重的作用。GPS在露天金属矿山中的测量，不受地质和环境的制约，具有快速、准确、实时、精确地测量露天金属矿山周边环境和露天金属矿山地质情况的能力6。此外，它小巧、便于携带，为露天金属矿山的勘测人员带来了极大的方便。4.3 三维激光扫描技术的应用目前，三维激光扫描仪已广泛地应用于露天金属矿山的勘探工作，三维激光扫描仪可以充分发挥扫描器的积极作用，实现对露天金属矿山地表及地下区域的激光扫描，利用反射的激光，构建三维立体模型，实现了远距离测量。三维激光扫描技术是一种利用远距离测量技术实现对金属矿山进行安全检测的新技术，降低了工作人员的劳动强度。另外，三维激光扫描技术的检测技术，由于其抗干扰素力强、稳定性好，准确地测定矿区的地表和地下的矿体等情况，从而为矿山的开采提供稳定、可靠的资料，也减轻了测量人员的工作量；在露天金属矿山测量中，可以大大提高工作效率。总之，三维激光扫描仪的应用，使露天金属矿山的测量工作更上一层楼，对金属矿山的测量工作有着不容忽视的作用。采用地表激光三维扫描仪对矿区进行数据采集和处理，主要包括外部数据采集、内业数据采集和前期计划编制。利用世界有色金属2023年6月下22测绘技术Mapping technology现场勘察和现场扫描仪的布局，有助于后续资料的集成和重构，最后实现建模可视和数据的处理，为以后的应用服务奠定了基础。相对于传统的手工测量，地面的三维激光扫描仪可以在一些特定的地区进行数据的获取。相比于传统的单点收集，这一次的数据收集更加容易，可以获得30万次的数据，大大地减少了工作的时间，提高了工作效率。在获取高精度的3D资料后，可以根据资料迅速建立3D建模。4.4 惯性测量系统的应用惯性测量系统又称为ISS，它是利用陀螺仪、加速度计等惯性灵敏部件和电子计算机来测量目标与地面的加速度，以确定运载工具的精确位置和参数综合体系。惯性测量系统不受GPS及自然环境的干扰，具有高度的自动化、操作简单、机动灵活等特点，适合于各种环境，特别适合于我国环境条件复杂的金属矿山的测量，因而能够实现对露天金属矿山的全天候测量。利用GPS技术和GPS技术，在露天金属矿山进行了测量，利用卫星导航系统精确地定位了露天金属矿山的位置，并对露天金属矿山周围的环境和上方的情况进行了实时的监控；同时，可实时传输监测数据，保证了金属矿山的计量精度。近几年，随着GPS和惯性测量技术的不断发展，越来越多地被用于露天金属矿山的测量，给人们提供了新的选择；同时也使露天金属矿山勘测工作再上新台阶。4.5 SDCORS在露天金属矿山测量中的应用SDCORS技术是将数字通信技术、网络技术和天气分析预测技术有机结合起来的产物，在技术上具有巨大的优越性。该平台主要包括数据处理中心、数据传输中心和基地站网络，将各地区的天气数据集成在一起，使得它具备了数据收集和数据处理的特点。为了实现对各个矿区的监测和管理，控制技术中的测试精度是确保数据精度和技术运用的最大前提。在金属矿山的露天采矿中，因其特殊的工程性质，周围具有高品位特性的外围控制区受到了极大的损害，因此必须对这些控制区的可操作性和相容性进行深入的研究。但大多数情况下都不能在常规情况下进行，所以通常采用参考站作为起点，采用静态方式对各种类型的资料进行监控。由于参考站点的长时间观察和高阶控制点的协同监控，得到的区域资料精度较高7。采用这种方法，无需安装太多的信息接收装置，只需通过一个静止的基站就可以对其进行实时的观测和检测，从而大大降低了测量费用。为了确保资料的准确性，可以将静止观察周期的长度适当地扩展，一般超过120分钟。在获取和分析地形资料时，一般采用全站仪进行数据采集和分析，要根据地区的特殊特点，选用适当的数据测量和分析方法。如果没有比较明显的障碍物，信号比较好的话，就可以用这种技术来收集零碎的资料，如果无法获取到固定点，则需要采用RTK技术建立地图根控点，然后将其与全站仪相结合，进行零星数据的收集和分析。由于某些矿区规模较小，因此可以根据已有的矿区控制点进行区域坐标变换，并根据有关的工程技术要求进行区域资料的收集和分析。在进行测量时，必须首先明确各种仪器的边界，以防止重复测量。采用这种方法测量每一根的每一根，都要进行两次观察，如果得到的数据符合三厘米、高程偏差小于5cm的数据，则可以将其平均值作为最后的结果。在测量结束后，将采集到的资料扩展到图形编辑软件中，根据矿区的地质情况，将其绘制成地图，对有问题的地方进行重点标注，以便于日后的实地验证。在完成地形图后，对资料进行取样、检查，并按测试程序编写技术总结，并经过二次检查后方可投入使用。4.6 无人机航空摄影测量无人机是一种具有无线远程控制装置的无人机，它可以通过相应的软件来完成数码遥感器的自动摄影，以便对该地区的资料进行调查和监控。该方法不仅造价低廉，而且工作速度快，而且使用灵活，特别是对地质条件特别敏感的矿场资料进行监测。在金属矿山的测量中，采用了平差处理、航空摄影和数据输出等方法，通过在地面上拍摄，可以在一定范围内收集到足够的资料，并且可以在短时间内将采集到的信息进行处理，从而提高工作人员的数据收集效率。5 测量中的问题及解决措施5.1 测量数据稳定性较差在野外进行野外测量时，由于工作条件恶劣，会对野外观测的准确性产生一定的不利作用。因此，在进行计量时，需要人工进行。在巷道顶部安装一个固定的点，用带尺子进行检测，露天矿山工作环境比较复杂，工作人员在现场进行工作，必须确保下井的作业时限。5.2 导线点使用偏差露天矿测量中，经常出现的导线偏移现象，其中，人工原因是导致这些问题的主要原因。造成这种情况的原因，是因为在使用测试设备时，操作者在使用时存在着一些小问题。如此一来，工作人员的判断就会出错，进而引起线路位置的偏差，最终会对测试的精度产生很大的负面作用，这不但会降低工作的工作质量，而且会对以后的采掘工作造成一定的威胁。这就需要在进行测设时加强自己的责任心，在对线路进行测设时进行多次的测设，从而增强了仪器运行的科学化，使测试结果更加准确。6 结语总之，新技术的运用，不但可以提高测量精度，而且可以减少人员在特定地形条件下的走动，减少了危险。在今后的工作中，这些新技术将会不断地被更新和发展，从而为智能数据测量工作提供更加完备的技术支撑。1兰鹏.测绘新技术在金属矿山测量中的应用与分析J.建筑工程技术与设计,2018,(30):1021.2胡廷盟,韩元济.测绘新技术在金属矿山测量中的应用J.世界有色金属,2019,(4):31,33.3王伟.测绘CORS技术在露天矿山测量中的应用及研究J.中国金属通报,2019,(5):30-31.4徐立艳.测绘新技术在矿山测量中的应用J.世界有色金属,2018(20):34-35.5王慧文,秦渊博.矿山测量测绘新技术的探讨J.建材与装饰,2017(22):208-209.6姜志金，韩路朋.测绘新技术在矿山测量中的应用及发展J.商品与质量，2019(9):00231-00231.7邵慧箫.测绘新技术在矿山测量中的研究与应用J.工程建设（2630-5283）,2020,003(004):P.92-93.