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1、第3章 矿山空间信息获取、处理与制图,安全工程学院 2017,矿山空间信息是地球空间信息的一个分支或重要组成部分，矿山空间信息学是由矿山测量学逐渐发展演变而来。 矿山空间信息学可表示为在矿山勘查、设计、建设和生产经营的各个阶段，研究矿区地面与地下空间、资源和环境及其变化信息的获取、存储、处理、显示、制图、分析和利用。研究矿产和土地资源的合理开发与利用、区域环境测与治理且可持续发展的一门科学技术。 其主要内容又可分为矿山 空间信息的获取、处理与制图三大部分。,3.1 矿山空间信息获取,1. 水准测量 测量地面各点高程的工作称为高程测量。根据人们所使用的仪器和施测方法的不同，高程测量又分为水准测量
2、、三角高程测量、GPS高程测量等。 其中水准测量是精确测定地面点高程的主要方法之一。水准测量使用水准仪和水准尺，利用水平视线测量两点之间的高差，再由己知点高程求出未知点高程。,数字水准仪,数字水准仪（ digital levels ）是一种新型智能化的水准仪。也称信息水准仪。数字水准仪的测量原理是将编码了的水准尺影像进行一维图像处理，并利用传感器来代替观 测者的眼睛，从望远镜中获得水准尺上“刻画”的测监信息，再由微处理器自动计算出水准尺上的读数及仪器至标尺之间的水平距离。所测数据可在仪器显示屏上显示，并存储在内置的PCMCIA 卡上；也可通过标准的RS232C 接口向计算机或相关数据采集器中传
3、输。,数字水准仪,2. 经纬仪测量,（1）水平角测量 水平角测量有测回法和方向观测法两种。 （2）竖直角测量 竖角有两种表示形式，都是在竖直平面内由目标方向与特定方向所构成的角度。一种为目 标方向与水平方向间的夹角，称之为高度角。视线上倾所构成的仰角为正高度角，视线下倾所构成的俯角为负高度角，其角值大小为090。 竖角观测值一般用于三角高程测量和斜距化平距的计算中，竖角观测的方法有中丝法和三丝法。,3.1.2 全站仪数字化测图,全站型电子测速仪（简称全站仪）由电子测角、电子测距、电子计算机及数据存储系统构成，其本身是一个带有特殊功能的计算控制系统。 全站仪由两大部分组成： 数据采集专用设备，有
4、电子测角系统、电子测 距系统、数据记录系统且自动记录设备等， 过程控制机，包括与测量数据相联系的外用设备和进行计算、产生指令的微处理机。,3.测量机器人,测量机器人是自动遥控全站仪RTS ( Robotic Total Station ）的俗称。 测量机器人无需人员操作控制便可对目标进行快速判别、锁定、跟踪、自动照准和遥控测量。,4. 陀螺全站仪,陀螺全站仪是集指北、测角、测距和数据处理为一体的新型多功能自动指北仪器，它由 陀螺寻北仪、全站仪和测量控制器三部分构成。 陀螺全站仪是一种全天候、全天时、快速高效独立的精密测监仪器，主要用于大型隧道（洞）贯通测量、地铁定向测量、矿山贯通测l量、建立方
5、位基准及导航设备标校等领域。 我国目前对阿精度陀螺全站仪的得求还主要依赖于 近口，国外的该类仪器多以摆式陀螺寻北仪为核心，尽管 精度很高，但操作复杂、价格昂贵。,4. 陀螺全站仪,3.1.3 三维激光扫描,三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用，这种技术已经引起了广大科研人员的关注。 通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），瞬时测得空间三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型，既省时又省力，这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。,按用途分类： 可分为为室内型和室外型。也
6、就是长距离和短距离的不同。 按生产厂家不同：Surphaser（美国），I-site (澳大利亚maptek)，riegl，徕卡，天宝，optect，拓普康，faro等产家。,传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在现在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的. 现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。,点云数据处理,三
7、维激光扫描系统采集的数据为点云数据，点云数据处理一般包含以下几个步骤噪声去除、多视对齐（配准）、数据精简、曲面重构。,3.1.4 GPS 测量,GPSGlobal Positioning System 定义：GPS是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。,为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Pos
8、itioning System）简称全球定位系统（GPS）。 为使GPS具有高精度连续实时三维导航和定位能力，以及良好的抗干扰性能，在设计上采取了若干改善措施。,GPS系统的特点,GPS接收机,DSNP LEICA GARMIN,TRIMBLE ASHTECH JAVAD,GLONASS 全球导航卫星系统 Galileo系统 北斗系统：我国的第一代卫星导航系统,北斗系统,目的：快速定位、实时导航，简短通讯，精密授时 由两颗地球同步轨道卫星组成星座，卫星结构简单,三种定位方法,单点定位：独立确定待定点在坐标系中的绝对位置的方法 定位精度：15m 伪距差分：利用C/A码确定同步跟踪的GPS卫星信号
9、的若干 台接收机之间的相对位置 定位精度：分米级 相位差分：利用载波相位确定同步跟踪的GPS卫星信号的若 干台接收机之间的相对位置 定位精度：厘米级,毫米级,两种基本的作业模式,静态：待定点相对于周围固定点没有可觉察到的运动 ， 进行GPS观测资料的处理时，待定点在地固坐标系 中的位置可以认为是固定不变的。 动态：在一次观测期间待定点相对于周围的固定点有可 觉察的运动或显著的运动，处理该时段的观测资 料时待定点的位置将随时变化。 静态定位和动态定位的根本区别并不在于待定点本身位 置是否在运动，而在于建立数学模型中待定点的位置是否可 看成常数。也就是说在观测期间待定点的位移量和允许的定 位误差相
10、比是否显著。,3.2 矿山空间数据处理,空间数据获取工作中不论测量仪器多么精密，观测进行得多么仔细，观测的之间总是存在着差异。 产生这此现象的原因是测量结果中存在着测量误差。 误差的来源可能是仪器、人为或外部条件的原因； 误差的类型分为系统误差和偶然误差。 受随机误差的影响，测得的数据是某个随机变量的一个样本，随机误差的出现通常是遵循正态分布的，因此，可以对空间数据进行必要的处理（包括平差、估计、滤波），以消除或减弱误差的影响，或者提取出空间数据的某本规律。,3.3 矿图制图,一、矿图的概念 矿井在地质勘探、设计、建设、生产过程中需要绘制和应用一系列图纸，这些图纸统称为矿图。 二、矿图分类 一
11、般分为三大类：地质测量图、设计工程图和生产管理图。,（一）地质测量图 地质测量图分为地质图和测量图。 1.地质图 根据地质勘查资料和井下地质编录资料经分析推断而绘制的主要反映矿井地质情况的图纸，称为矿井地质图。 常用的地质图有：井田地形地质图、煤层底板等高线图、各种地质剖面图、各种柱状图、煤岩对比图、井田水文地质图、和资源储量计算图等。,2.测量图 根据地面及井下实际测量的资料绘制而成的图纸，称为测量图。测量图随矿井采掘情况的变化而逐步测量并添绘。 常用的测量图有：井田区域地形图、工业场地平面图、采掘工程图、水平主要巷道平面图、井上下对照图和主要保护煤柱图等。,（二）设计工程图 由设计部门设计
12、并绘制的一系列图纸，称为设计工程图。 煤矿设计包括矿井初步设计、矿井改扩建设计、矿井水平延深设计、采区设计和单项工程设计等。每类设计须绘制相应的图纸用以说明设计方案和设计内容。 （三）生产管理图 用于指导矿井日常生产工作的主要图纸称为生产管理图，如采掘工程平面图、采掘计划图和各类安全、生产系统图。,测绘矿图和设计矿图都是从点开始的，首先找出测绘对象的特征点，再将这些点连接起来，就可绘出所需要的图形了。 确定特征点的位置，是指确定它的平面位置和高低位置。点的平面位置一般用坐标表示，点的高低位置一般用高程来表示。 坐标系统有地理坐标系、平面直角坐标系和假定平面直角坐标系。,矿图制图基本知识,一、图
13、幅种类及格式 （一）图纸幅面尺寸 1.优先选用基本幅面。 2.必要时也可选用加长幅面。,图纸加长幅面尺寸,图框格式,1.不留装订边,2.留装订边,比例,（一）比例的表示方法 1.数字比例 用分数或比例数字的形式表示的比例。 1M 1/M 2.图示比例 用图示形式表示的比例称为图示比例。图示比例可用直线比例尺或斜线比例尺表示，矿图中常用直线比例尺表示图样比例,（二）比例的规定 （1）同一幅图中，各个视图应采用相同的比例，并标注在标题栏中的比例栏内。当各个视图需要采用不同的比例时，应在图名标注线下居中位置标注，特殊情况亦可在右侧标注比例，但每套图应采用一种方法标注。 （2）绘图时所用比例应根据图纸
14、内图形的复杂程度选取。 （3）在同一视图中图样的纵横比相差过大，而又要求详细标注尺寸时，纵向和横向可以采用两种不同的比例绘制，在视图名称下方或右侧标注比例。 （4）说明书中的插图或用比例绘制有困难的图样，可不按比例绘制，但必须注明“示意图”的字样。,字符及字母,1.图样和技术文件中书写的汉字、数字及字母等必须做到：字体工整、笔画清楚、排列整齐、间隔均匀。 2.汉字应写成长仿宋体，字体的宽度约为字体高度的2/3，并应采用国家正式公布推行的简化字。 3.字体的号数即为字体的高度（单位为mm）。字体号数共分为八种：20、14、10、7、5、3.5、2.5、1.8，其中汉字高度不应小于3.5mm，如需
15、要书写更大的字，其字体高度应按的比率递增。,4.字母和数字分A型和B型。A型字体的笔画宽度（d）为字高（h）的1/14，B型字体的笔画宽度（d）为字高（h）的1/10。 5.字母或数字可写成斜体或直体。斜体字字头向右倾斜，与水平线约成75角。 6.用作指数、分数、注脚等的数字及字母，一般采用小一号的字体。,图线及画法,（一）图线 （1）各种图线的名称、型式、代号宽度以及在图上的应用见表18。 （2）图线的宽度，分为粗细两种，粗线的宽度b应按图的大小和复杂程度，在0.72mm之间选择，细线的宽度约为b/3。 （3）图线宽度的推荐系列为：0.25mm，0.35mm，0.5mm，0.7mm，1mm
16、，1.4mm，2mm。,（二）图线的画法 （1）同一幅图纸中，各图样比例相同时，同类图线的宽度应保持一致。虚线、点划线及双点划线的线段长度和间隔应各自大致相等。 （2）波浪线一般可用徒手绘制，如图140所示。其它各种线条一律用仪器绘制 。 （3）虚线和虚线或者点划线和点划线应交于线段中间，两端应以短线收尾，并应超出物体轮廓界限之外45mm。 （4）直径小于12mm的图，其中心线可画成实线。 （5）虚线成为实线的连接线时，应留出一段空隙，但两者成某一角度相交时，结合处不应留出空隙 。,尺寸标注,（一）基本规则 （1）图中所注尺寸数值必须与图纸比例相符； （2）图纸上的尺寸数字，规定以mm或m为单位，无须写明单位。 （3）每个尺寸一般在图纸上标注一次。 （二）尺寸数字、尺寸线和尺寸界限 1.尺寸数字 2.尺寸线 3.尺寸界限 （三）标注尺寸的符号,标题栏,1.标题栏的位置 （1）每张图纸上都必须画出标题栏，应位于图纸的右下角。 （2）看图的方向与看标题栏的方向一致。 2.标题栏的格式 3.会签栏,图形符号,一、图
