礦產(chǎn)資源對(duì)于一個(gè)國(guó)家的發(fā)展與建設(shè)有著直接的影響,近年來(lái)為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展,各國(guó)加大對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采力度,礦產(chǎn)資源的開(kāi)采量正在逐漸提升。目前,絕大多數(shù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于開(kāi)采的礦產(chǎn)資源已經(jīng)開(kāi)采完畢,為了滿足國(guó)家對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求,加大了對(duì)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的礦山開(kāi)采,這一類礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,很難保證礦山開(kāi)采安全,在開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害,一旦在施工中發(fā)生水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害,不僅會(huì)損壞掉部分施工設(shè)備,還會(huì)造成不同程度的人員傷亡,并且還會(huì)對(duì)礦山開(kāi)采工期造成延長(zhǎng)
。
因此目前礦山開(kāi)采中水工環(huán)地質(zhì)勘查成為了尤為重要的一部分,為了提高礦山開(kāi)采的安全性以及水工環(huán)地質(zhì)勘查工作的效率,將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與地質(zhì)勘查相結(jié)合,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出地質(zhì)勘查系統(tǒng),利用該系統(tǒng)了解到待開(kāi)采礦山的水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境。但是目前現(xiàn)有的勘查系統(tǒng)存在較大的勘查誤差,無(wú)法為礦山安全開(kāi)采提供準(zhǔn)確依據(jù),為此提出本次課題研究。
此次在原有的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)硬件設(shè)備基礎(chǔ)上,除顯示器、硬盤(pán)、服務(wù)器一些基礎(chǔ)設(shè)備外,增加了多光譜相機(jī)、無(wú)人機(jī)設(shè)備和水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)搜索器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,以多光譜相機(jī)作為無(wú)線傳感設(shè)備完成對(duì)水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集,以無(wú)人機(jī)作為搭載裝置輔助多光譜相機(jī)完成勘查任務(wù),以水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)搜索器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢,由此構(gòu)成系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),以下將對(duì)該兩個(gè)核心硬件設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹。
基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于水工環(huán)地質(zhì)勘查采集器的選型與設(shè)計(jì),高效、準(zhǔn)確地采集到待開(kāi)采礦山的水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)勘查功能和任務(wù)的前提,針對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查需求,此次采用多光譜相機(jī)作為水工環(huán)地質(zhì)勘查采集器。
形式主義,說(shuō)到底,就是為了讓自己輕松,別人忙碌。而要懲治它,我們就得有一種程序,讓民眾有辦法制止它的發(fā)生與蔓延。
居民切坡建房引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害管理難度較大,據(jù)統(tǒng)計(jì),從2010年至2017年,全市共發(fā)生8起致人傷亡的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害,造成15人死亡,除降雨與不當(dāng)處置外,全部與切坡建房有關(guān)(詳見(jiàn)表3)。
OHR型號(hào)多光譜相機(jī)雖然鏡頭數(shù)量和成像器數(shù)量較多,拍攝到的圖像數(shù)據(jù)更加全面,但是其對(duì)供電電壓和供電電流要求較大,并不適用于野外勘查環(huán)境,因此此次采用ODR型號(hào)多光譜相機(jī)作為系統(tǒng)的無(wú)線傳感硬件設(shè)備。ODR型號(hào)多光譜相機(jī)相比較其他兩種多光譜相機(jī)具有一個(gè)熱成像功能,并且拍攝到的圖像分辨率和清晰度較高,即使在光照不是特別充足的環(huán)境中也能夠拍攝到清晰的圖像。此外,其接口容量可以達(dá)到256GB,而GYG型號(hào)和OHR型號(hào)多光譜相機(jī)接口容量?jī)H為125GB,對(duì)于礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)能夠提供充足的存儲(chǔ)空間
。
濕磨料與干磨料在各自最優(yōu)參數(shù)下,都能達(dá)到對(duì)線材表面幾乎完全去除的效果,從圖8a中可觀察到,干磨料處理后的線材表面形貌有很明顯的凹坑,粗糙度值大;從圖8b中可以看出,濕磨料處理后的線材表面形貌良好,粗糙度值小。
在實(shí)際中多光譜相機(jī)需要高空作業(yè),拍攝高度較高,因此在系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中還設(shè)計(jì)了采集器搭載裝置,將多光譜相機(jī)安裝在采集器搭載裝置上通過(guò)搭載裝置的攜帶采集到礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)。
在對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)采集時(shí)利用Ethernet接口或者串行接口與系統(tǒng)服務(wù)器連接,實(shí)現(xiàn)直接配置,通過(guò)服務(wù)器下達(dá)水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)采集任務(wù),并利用相機(jī)內(nèi)置的操作系統(tǒng)對(duì)其分辨率、拍攝頻率以及拍攝范圍進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集。
基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)需要具備數(shù)據(jù)查詢與檢索的功能,基于此設(shè)計(jì)了水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)檢索器,根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求選擇了美國(guó)HJSNF公司生產(chǎn)的BSDFAFA/SAFASF22型號(hào)數(shù)據(jù)檢索器,該檢索器內(nèi)置SFAF/32AFS5芯片,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索功能,響應(yīng)速度比較快。通過(guò)SNFJ接口將BSDFAFA/SAFASF22數(shù)據(jù)檢索器與系統(tǒng)電源連接,用戶登錄系統(tǒng)后,在BSDFAFA/SAFASF22數(shù)據(jù)檢索器上輸入關(guān)鍵詞,BSDFAFA/SAFASF22數(shù)據(jù)檢索器根據(jù)關(guān)鍵詞對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷檢索,根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系將于關(guān)鍵詞相關(guān)的水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,然后將其發(fā)送到系統(tǒng)顯示界面上。水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)搜索器可以對(duì)文字類數(shù)據(jù)、遙感影像類數(shù)據(jù)以及音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)檢索,每類數(shù)據(jù)都有相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)檢索接口,避免數(shù)據(jù)搜索時(shí)三種數(shù)據(jù)相互干擾,從而影響到系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢服務(wù)的響應(yīng)質(zhì)量。通過(guò)以上多光譜相機(jī)、無(wú)人機(jī)設(shè)備和水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)搜索器的選型與設(shè)計(jì),構(gòu)建了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)在軟件方面分別設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集模塊、處理模塊以及分析模塊,其中數(shù)據(jù)采集模塊中引用了三維GIS技術(shù),利用三維GIS技術(shù)采集到礦山水工環(huán)地質(zhì)三維數(shù)據(jù)。礦山水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)具有固定的數(shù)據(jù)幀格式,在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中,依靠三維GIS技術(shù)的廣播模式和默認(rèn)模式對(duì)這種固定數(shù)據(jù)幀格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的采集,其采集過(guò)程如下。首先在廣播模式下可以對(duì)水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)采集頻率進(jìn)行自定義設(shè)置,通常情況下設(shè)定為165Hz。并向系統(tǒng)發(fā)送STYRNFYHLFV-MODE數(shù)據(jù)包,自行匹配到廣播模式下的采集內(nèi)容,配置范圍在15Hz-155Hz之間。然后自動(dòng)切換到默認(rèn)模式,系統(tǒng)在默認(rèn)模式下接收全部的六個(gè)自由度GIS數(shù)據(jù),以此實(shí)現(xiàn)礦山水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集。
(7)智慧城市預(yù)期與智慧城市市民抱怨的假設(shè)未得到驗(yàn)證(H13)。理論上認(rèn)為智慧城市預(yù)期應(yīng)該與智慧城市市民抱怨呈負(fù)相關(guān),但實(shí)際數(shù)據(jù)并不支持這一假設(shè)。從表4看,智慧城市預(yù)期對(duì)智慧城市市民抱怨的影響路徑系數(shù)為0.085且P值為0.065大于0.05,與假設(shè)不符。
根據(jù)基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,此次采用了大疆無(wú)人機(jī)作為采集器搭載裝置,大疆無(wú)人機(jī)具有良好的飛行優(yōu)勢(shì),在高空作業(yè)過(guò)程中可以根據(jù)相機(jī)拍攝需求隨意轉(zhuǎn)換飛行角度和方向,并且大疆無(wú)人機(jī)內(nèi)置高階非線性多變量強(qiáng)耦合驅(qū)動(dòng)裝置,在飛行過(guò)程中如果遇到較強(qiáng)的氣流,或者出現(xiàn)電機(jī)故障仍然可以繼續(xù)穩(wěn)定飛行
。此次采用大疆集團(tuán)出產(chǎn)的FUHF-64型號(hào)六旋翼無(wú)人機(jī),機(jī)身采用進(jìn)口碳纖維復(fù)合材料,體重較輕的同時(shí)還能保證自身的剛性和強(qiáng)度,最大搭載重量可以達(dá)到10KG,飛行高度最高可以達(dá)到3000m,可以滿足ODR多光譜相機(jī)拍攝需求。
根據(jù)基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)需求,此次將系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)采用了B/S架構(gòu),主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)層、系統(tǒng)邏輯應(yīng)用層、系統(tǒng)功能表現(xiàn)層三個(gè)部分,由該三個(gè)部分組建基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)三層體系架構(gòu)。其中數(shù)據(jù)服務(wù)層主要是用于對(duì)系統(tǒng)中水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集、處理以及存儲(chǔ)等服務(wù),包含的組件主要為地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù),此次選取的數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù),依靠該數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)基礎(chǔ)地理、環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)勘查以及基礎(chǔ)地質(zhì)等數(shù)據(jù),基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)類型主要為比例尺不小于1:10000礦山水工環(huán)地形剖面圖,基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)類型主要為比例尺不小于1:20000比例的遙感圖像,數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括礦山水工環(huán)淺層地層分布圖、環(huán)境邊界界限圖等,基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)在采集時(shí),都遵循GPS最新的面向?qū)嶓w數(shù)據(jù)模型和遙感衛(wèi)星簡(jiǎn)單的空間特征類規(guī)范,數(shù)據(jù)均是圖像數(shù)據(jù),在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)之前由數(shù)據(jù)服務(wù)層數(shù)據(jù)處理功能按照點(diǎn)、線、面三個(gè)特征對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注,并且根據(jù)數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩類數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理。勘查現(xiàn)場(chǎng)以及基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)主要為鉆孔數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù),該兩類數(shù)據(jù)遵循空間特征規(guī)范,以及SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則,對(duì)每一個(gè)水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),每個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)著礦山水工環(huán)地質(zhì)年代、成因以及特征等地質(zhì)數(shù)據(jù),下表為數(shù)據(jù)服務(wù)層數(shù)據(jù)內(nèi)容及特征表。
為了讓用戶能夠通過(guò)系統(tǒng)全面了解到基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查結(jié)果,在上文基礎(chǔ)上又建立了水工環(huán)地質(zhì)模型三維展示功能模塊,該功能模塊集成了水工環(huán)地質(zhì)遙感影像數(shù)據(jù)、水工環(huán)地理信息以及勘查資料等三維空間信息,實(shí)現(xiàn)水工環(huán)地質(zhì)二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)以及多數(shù)據(jù)源的融合,將所有數(shù)據(jù)集成在同一個(gè)TXXT文件中,在TXXT文件中對(duì)水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)添加
多光譜相機(jī)是一種無(wú)線傳感設(shè)備,礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查過(guò)程中光照、氣溫、氣流、濕度以及飛速等因素都能夠?qū)o(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集造成影響,而多光譜相機(jī)采用的是多鏡頭分光技術(shù),能夠降低以上不良因素的影響,采集的地質(zhì)數(shù)據(jù)質(zhì)量較高
。目前常用的多光譜相機(jī)主要有GYG型號(hào)、ODR型號(hào)、OHR型號(hào)三種,下表為三種型號(hào)多光譜相機(jī)特征對(duì)比。
在應(yīng)用中需要根據(jù)實(shí)際勘查需求來(lái)設(shè)定采集器搭載裝置的飛行高度、方向、角度、時(shí)間等,并通過(guò)Ethernet接口或者串行接口與ODR多光譜相機(jī)和系統(tǒng)連接,輔助ODR多光譜相機(jī)完成礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)包發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊,由數(shù)據(jù)處理模塊將無(wú)效數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除,同時(shí)將數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為十六位進(jìn)制數(shù)據(jù)格式,并且將數(shù)據(jù)統(tǒng)一寫(xiě)入到TXT文本文件中。
數(shù)據(jù)分析模塊自動(dòng)讀取到處理后的數(shù)據(jù),利用三維虛擬建模技術(shù)建立礦山水工環(huán)地質(zhì)三維模型,具體建模過(guò)程如下:將水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)傳入到三維虛擬化模型建模軟件中,在該軟件中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理,網(wǎng)格選用4×4形式,將所有數(shù)據(jù)自動(dòng)標(biāo)注到模型上,形成一個(gè)與實(shí)際勘查目標(biāo)相一致的水工環(huán)地質(zhì)三維模型
。同時(shí)將使用到的數(shù)據(jù)備份到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中,根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)分析出礦山水工環(huán)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,并且繪制出水工環(huán)地質(zhì)分界曲面,在該曲面和建立的三維模型上都可以查看到相應(yīng)的地質(zhì)數(shù)據(jù),以此完成水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)分析。
與數(shù)據(jù)服務(wù)層連接的是系統(tǒng)邏輯應(yīng)用層,系統(tǒng)邏輯應(yīng)用層主要包括系統(tǒng)管理應(yīng)用、數(shù)據(jù)編輯應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用、數(shù)據(jù)查詢應(yīng)用、三維空間地質(zhì)建模應(yīng)用以及數(shù)據(jù)表格制作應(yīng)用等,每個(gè)應(yīng)用都對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的一個(gè)功能,根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯應(yīng)用層中各個(gè)應(yīng)用。系統(tǒng)功能表現(xiàn)層與系統(tǒng)邏輯應(yīng)用層對(duì)接,通過(guò)與系統(tǒng)邏輯應(yīng)用層交互,將系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行展現(xiàn),系統(tǒng)功能表現(xiàn)層的另一端與系統(tǒng)客戶端連接,通過(guò)COM接口將系統(tǒng)功能傳遞給客戶端,用戶在客戶端上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的操作。
實(shí)驗(yàn)以某礦山水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,該礦山面積為2674.56m2,水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,利用此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)該礦山水工環(huán)地質(zhì)進(jìn)行勘查,下表為具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
實(shí)驗(yàn)中將多光譜相機(jī)數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)定為2.64Hz,采集深度為2000m,拍攝范圍為3500m;將無(wú)人機(jī)的飛行高度設(shè)定為1000m,飛行角度范圍為15°~75°。在該礦山中設(shè)定75測(cè)點(diǎn),對(duì)測(cè)點(diǎn)水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,采集到的數(shù)據(jù)總量為26.74GB,從中隨機(jī)抽取7個(gè)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)與實(shí)際真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,計(jì)算出兩種系統(tǒng)勘查結(jié)果的誤差,將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果,下表為兩種系統(tǒng)勘查結(jié)果誤差對(duì)比。
在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新時(shí)代,我們要從高校教育,政府支持、企業(yè)培養(yǎng)等方面不斷推進(jìn)小語(yǔ)種的發(fā)展,加強(qiáng)與相關(guān)語(yǔ)言國(guó)家的培養(yǎng)交流,這樣更加有利于小語(yǔ)種人才的均衡化。
從表3中數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論:此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)在應(yīng)用中勘查結(jié)果與實(shí)際情況相符合,勘查誤差較小,最大勘查誤差僅為0.034m;而傳統(tǒng)系統(tǒng)最大誤差為1.364m,遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)系統(tǒng)。因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)精度較高,能夠有效保證礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性,相比較傳統(tǒng)系統(tǒng)更適用于礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查工作。
Dsent=0.001918dcip(-1)+0.000884dcip(-2)-0.461604dsent(-1)-0.708382dsent(-2)+0.019000(M)
隨著礦山開(kāi)采難度的不斷提高,對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也逐漸增加,不僅要具有較快的勘查效率,還要保證系統(tǒng)勘查結(jié)果的精度。此次在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,在硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化和改良設(shè)計(jì),應(yīng)用了無(wú)人機(jī)、多光譜相機(jī)等先進(jìn)技術(shù),有效降低了系統(tǒng)的勘查誤差,能夠?yàn)榈V山開(kāi)采提供準(zhǔn)確的水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)。由于此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)尚未經(jīng)過(guò)大量實(shí)際操作,在某些方面可能還存在一些缺陷,因此今后將會(huì)在基于礦山開(kāi)采的水工環(huán)地質(zhì)勘查系統(tǒng)優(yōu)化方面進(jìn)行研究,促進(jìn)礦產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展。
[1]荊旭慧.簡(jiǎn)析水工環(huán)地質(zhì)勘查在礦產(chǎn)資源勘查和開(kāi)發(fā)利用中的重要性[J].華北自然資源,2020(02):50-51.
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