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關(guān)鍵詞 礦山;測(cè)量;數(shù)據(jù)處理
中圖分類號(hào)TD1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2010)33-0248-01
1概述
我國(guó)是一個(gè)礦產(chǎn)資源非常豐富的國(guó)家,煤、鎢、錫、鐵及以稀有元素礦物的儲(chǔ)量都居世界前列。因此,我國(guó)有大量的礦山在進(jìn)行生產(chǎn)。礦山生產(chǎn)也促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,但是,我國(guó)的大量礦山并沒(méi)有建立起一套完整的礦山地理信息系統(tǒng),這給礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了困難,為了解決好日后礦山的可持續(xù)發(fā)展、礦區(qū)環(huán)境的改善及礦山安全的防范,需要建立起一套完整的礦山地理信息系統(tǒng)。
2 礦山測(cè)量技術(shù)淺析
由于井下測(cè)量的特殊性,先進(jìn)的一些測(cè)量?jī)x器如GPS等不能應(yīng)用于井下測(cè)量,而且很多礦山單位也都未配備全站儀,所以經(jīng)緯儀仍然是井下測(cè)量的主要工具。
2.1井下角度測(cè)量
井下測(cè)角一般用測(cè)回法測(cè)量角度p時(shí),在C點(diǎn)安裝經(jīng)緯儀,正平對(duì)中,在后視點(diǎn)A前視點(diǎn)B懸掛垂球線作為站標(biāo),并用礦燈蒙上白紙照明垂球線。
測(cè)回法的步驟如下:1)正鏡瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)A,使水平讀盤大致對(duì)于00,讀取水平讀盤讀a1,并使十字絲的水平中絲照準(zhǔn)垂球線上的標(biāo)志,使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)器的氣泡居中后,讀取豎盤數(shù)Ln;2)正鏡順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)照準(zhǔn)部,照準(zhǔn)前視點(diǎn)B,讀取水平讀盤讀數(shù)b1和豎盤讀數(shù)LB;3)倒鏡后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部,照準(zhǔn)前視點(diǎn)B,讀取水平讀盤讀數(shù)場(chǎng)和豎盤讀數(shù)RB ;4)倒鏡逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部,照準(zhǔn)后視點(diǎn)A,讀取水平讀盤讀數(shù)a2和豎盤讀數(shù)RA;5)最后計(jì)算一測(cè)回所測(cè)水平角為:
豎直角δ的計(jì)算公式隨經(jīng)緯儀豎盤刻劃方法的不同而異。若豎盤以全圓順時(shí)針?lè)较蜃⒂?,且?dāng)望遠(yuǎn)鏡水平時(shí)豎盤讀數(shù)為900(正鏡)和2700(倒鏡),則豎直角s的計(jì)算公式為:
2.2井下邊長(zhǎng)測(cè)量
井下多采用懸空丈量邊長(zhǎng)的方法。具體做法是在前、后所掛垂球線上用大頭針作出標(biāo)志,作為測(cè)量?jī)A角時(shí)經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡十字絲水平中絲瞄準(zhǔn)的目標(biāo)和鋼尺量邊時(shí)的端點(diǎn)。丈量邊長(zhǎng)時(shí),鋼尺一端刻劃對(duì)準(zhǔn)經(jīng)緯儀的鏡上中心,另一端用拉力計(jì)施加在鋼尺比長(zhǎng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)拉力,并對(duì)準(zhǔn)垂球線上的大頭針出在鋼尺上的讀數(shù),要估讀到毫米,每尺段以不同起點(diǎn)讀數(shù)三次。并且導(dǎo)線邊長(zhǎng)必須往返丈量。
2.3井下高程測(cè)量
井下高程測(cè)量主要是測(cè)出各相鄰測(cè)點(diǎn)間的高差。施測(cè)時(shí)水準(zhǔn)儀置于二尺點(diǎn)之間,使前、后視距離大致相等,這樣可以消除由于水準(zhǔn)管軸與水準(zhǔn)軸不平行所產(chǎn)生的誤差。在計(jì)算兩點(diǎn)間的高差時(shí),與地面水準(zhǔn)測(cè)量一樣,用后視讀數(shù)a減去前視讀數(shù)b,即
h=a-b
當(dāng)測(cè)點(diǎn)在頂板上時(shí),只要在頂板測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)尺讀數(shù)前冠以負(fù)號(hào)即可。
2.4礦山聯(lián)系測(cè)量
礦山聯(lián)系測(cè)量主要采用連接三角形法。由于不能在垂球線A. B點(diǎn)安設(shè)儀器,因此選定井上下的連接點(diǎn)C與C’,從而在井上下形成了以AB為公用邊的三角形ABC和ABC’,一般把這樣的三角形稱為連接三角形。當(dāng)已知點(diǎn)D點(diǎn)的坐標(biāo)以及DE邊的方位角和地面三角形各內(nèi)角及邊長(zhǎng)時(shí),便可按導(dǎo)線測(cè)量計(jì)算法,算出A. B在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)及其連線的方位角。同樣,己知A,B的坐標(biāo)及其連線的方位角和井下三角形各要素時(shí),再測(cè)定連接角s’,就能計(jì)算出井下導(dǎo)線起始邊D’E’的方位角及D’點(diǎn)的坐標(biāo)。
3 測(cè)量數(shù)據(jù)處理以及三維數(shù)據(jù)的選擇
測(cè)量數(shù)據(jù)或觀測(cè)數(shù)據(jù)是指用一定的儀器、工具、傳感器或其他手段獲取的反映地球與其他實(shí)體的空間分布有關(guān)信息的數(shù)據(jù)。觀測(cè)數(shù)據(jù)可以是直接測(cè)量的結(jié)果,也可以是經(jīng)過(guò)某種變換后的結(jié)果。任何觀測(cè)數(shù)據(jù)總是包含信息和干擾兩部分,采集數(shù)據(jù)就是為了獲取有用的信息。干擾也成為誤差,是除了信息以外的部分,為此,就要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理。為了記錄和保存這些數(shù)據(jù),更為了方便實(shí)用,就必須設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)平差計(jì)算系統(tǒng)。
將常見(jiàn)的數(shù)據(jù)處理歸納起來(lái)列表顯示。當(dāng)然,這些平差的基礎(chǔ)是條件平差和間接平差。
4結(jié)論
本文重點(diǎn)研究了礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法,對(duì)礦山測(cè)量的施測(cè)做了一定的研究,分析和介紹了測(cè)量數(shù)據(jù)處理的方法,并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)平差計(jì)算的特點(diǎn),給出了平差計(jì)算的教據(jù)結(jié)構(gòu),并建立了數(shù)學(xué)模型。礦山測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理和三維巷道模型構(gòu)建及其可視化是數(shù)字礦山的重要內(nèi)容。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:GPS輔助空中三角測(cè)量;精密單點(diǎn)定位;POS;精度
中圖分類號(hào):TN141文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
測(cè)量工作在礦山勘探、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)階段起著重要的保障作用,隨著空間信息技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)和自動(dòng)化、智能化技術(shù)的飛速發(fā)展,新型測(cè)繪儀器迅速出現(xiàn)與普及,使礦山測(cè)量在工作內(nèi)容和技術(shù)方法等方面發(fā)生了深刻的變革。運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)量技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量有助于提高礦山測(cè)量精度,降低測(cè)量工作勞動(dòng)強(qiáng)度,提高礦山測(cè)量效率。
航空攝影測(cè)量技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用已經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間,并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),較之傳統(tǒng)的測(cè)圖方法,利用航空攝影測(cè)量技術(shù)成圖速度快、成本低、精度高,是一種應(yīng)用極為廣泛的測(cè)圖方法。
精密單點(diǎn)定位技術(shù)的出現(xiàn),為航空攝影提供了新的解決方案。目前國(guó)際服務(wù)組織所提供的精密星歷和精密鐘差的精度已經(jīng)很高。隨著接收機(jī)性能的不斷改善,載波相位精度不斷提高,以及大氣改正模型和改正方法不斷深入,為精密單點(diǎn)定位技術(shù)應(yīng)用航空攝影中提供了可能性。[1]
本文以礦區(qū)大小比例尺地形圖測(cè)繪生產(chǎn)為例,介紹了并進(jìn)行基于精密單點(diǎn)定位的GPS/ POS輔助空中三角測(cè)量試驗(yàn),分析并比較了空中三角測(cè)量方法的加密精度,得出了基于精密單點(diǎn)定位的GPS/ POS輔助攝影進(jìn)行大小比例尺航測(cè)成圖時(shí)新的像控布點(diǎn)、像控測(cè)量以及GPS/ POS輔助空中三角測(cè)量加密的方法。
1精密單點(diǎn)定位技術(shù)
精密單點(diǎn)定位(PPP-Precise Point Positioning)指得是利用載波相位觀測(cè)值以及IGS等組織提供的高精度的衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差來(lái)進(jìn)行高精度單點(diǎn)定位的方法。利用IGS提供的高精度的GPS精密衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差,以及單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)采集的載波相位觀測(cè)值,采用非差模型進(jìn)行精密單點(diǎn)定位。精密單點(diǎn)定位的優(yōu)點(diǎn)在于在進(jìn)行精密單點(diǎn)定位時(shí),除能解算出測(cè)站坐標(biāo),同時(shí)解算出接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層延遲改正信息等參數(shù),這些結(jié)果可以滿足不同層次用戶的需要(如研究授時(shí)、電離層、接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差及地球自轉(zhuǎn)等)。[1]
2GPS輔助空中三角測(cè)量的定義及方法
GPS輔助空中三角測(cè)量是利用GPS定位技術(shù)獲取航攝儀曝光時(shí)刻攝站的三維坐標(biāo),然后將GPS攝站坐標(biāo)視為帶權(quán)觀測(cè)值與攝影測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差,確定目標(biāo)點(diǎn)位,并評(píng)定其質(zhì)量的理論、技術(shù)和方法。[4]
3IMU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量定義及方法
IMU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量是指利用裝在飛機(jī)上的GPS接收機(jī)和設(shè)在地面上的一個(gè)或多個(gè)基站上的GPS接收機(jī)同步而連續(xù)地觀測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào),通過(guò)GPS載波相位測(cè)量差分定位技術(shù)獲取航攝儀的位置參數(shù),應(yīng)用與航攝儀緊密固連的高精度慣性測(cè)量單元(IMU,Inertial Measurement Unit)直接測(cè)定航攝儀的姿態(tài)參數(shù),通過(guò)IMU, DGPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合后處理技術(shù)獲得測(cè)圖所需的每張像片高精度外方位元素的航空攝影測(cè)量理論、技術(shù)和方法。
將基于IMU/DGPS技術(shù)直接獲取的每張像片的外方位元素,作為帶權(quán)觀測(cè)值參與攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差,獲得更高精度的像片外方位元素成果。這種方法即IMU/DGPS輔助空中三角測(cè)量方法(國(guó)際上稱Integrated Sensor Orientation,簡(jiǎn)稱ISO)。[6]
4 試驗(yàn)及其結(jié)果分析
本文就以兩個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)1GSD為0.272m,相對(duì)航高為2000m,成圖比例尺為1:25000,試驗(yàn)2 GSD為0.15m,相對(duì)航高為1100m,成圖比例尺為1:2000,以試驗(yàn)在礦區(qū)基于精密單點(diǎn)定位技術(shù)的航空攝影測(cè)量方法成圖的應(yīng)用。
4.1 試驗(yàn)資料
試驗(yàn)1為了滿足某礦區(qū)信息化管理的需求,為礦區(qū)決策、規(guī)劃、普查、資源整合、開(kāi)發(fā)、資料申報(bào)及建立礦區(qū)全區(qū)域地形圖信息化管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)資料,某礦區(qū)實(shí)施全區(qū)域地形圖信息化管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)-1:25000地形圖航測(cè)成圖工程。測(cè)區(qū)地處太行山南段與中條山北緣的結(jié)合部,地形復(fù)雜,地貌特征以山地為主。要保質(zhì)保量的按時(shí)完成工程任務(wù)只有依靠科技創(chuàng)新,采用新技術(shù),新方法和新裝備才能解決常規(guī)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法解決的難題。
在本工程航空攝影、像片控制測(cè)量、空中三角測(cè)量和調(diào)繪等環(huán)節(jié)中均采用了新技術(shù)。航空攝影時(shí)采用了先進(jìn)的SWDC數(shù)碼攝影系統(tǒng);像片控制測(cè)量中同時(shí)采用了精密單點(diǎn)定位技術(shù)和似大地水準(zhǔn)面模型兩項(xiàng)新技術(shù);空中三角測(cè)量使用GPS輔助空中三角測(cè)量等。
試驗(yàn)2為了保證某礦區(qū)更好的發(fā)展規(guī)劃和數(shù)字地形圖的現(xiàn)勢(shì)性,建設(shè)成數(shù)字化、生態(tài)型、工業(yè)旅游型中國(guó)煤炭工業(yè)品牌礦井,為生產(chǎn)建設(shè)提供科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),某礦區(qū)利用航測(cè)方法成1:2000地形圖測(cè)繪工程,本工程采用新技術(shù)POS航攝技術(shù)。
4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
為了分析利用精密單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行GPS/POS輔助航空攝影測(cè)量方法所能達(dá)到的加密精度,通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)碼相機(jī)的固有優(yōu)點(diǎn),得出一些結(jié)論。圖1為試驗(yàn)1的像控布點(diǎn)方案,圖2為試驗(yàn)2的像控布點(diǎn)方案,表1列出了GPS/POS輔助空中三角測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表,表2列出了光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)表。
圖1 試驗(yàn)1布點(diǎn)方案
圖2 試驗(yàn)2布點(diǎn)方案
表1 GPS/POS輔助空中三角測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表
表2 光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)表
在GPS/POS輔助航空攝影時(shí)必須架設(shè)地面基準(zhǔn)站,是需花費(fèi)人力物力而且費(fèi)時(shí)的工作,尤其是當(dāng)測(cè)區(qū)范圍較大,在帶狀管線項(xiàng)目中需要設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)站時(shí),作業(yè)難度相當(dāng)大。此次精密單點(diǎn)定位技術(shù)與數(shù)碼相機(jī)結(jié)合應(yīng)用的成功探索,減少了航飛時(shí)基站布設(shè)的工作量。通過(guò)上述試驗(yàn)說(shuō)明,在GPS/POS輔助航空攝影測(cè)量中,可以無(wú)需布設(shè)地面基準(zhǔn)站。GPS/POS輔助航空攝影按照常規(guī)航空攝影技術(shù)規(guī)程進(jìn)行攝影作業(yè)是可行的。
從表1、表2可以看出, GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差與自檢校光束法的結(jié)果是一致的。這表明,該測(cè)區(qū)的航攝資料是可用的,GPS攝站坐標(biāo)的解算是正確的,利用該試驗(yàn)區(qū)來(lái)進(jìn)行GPS輔助光束法平差的精度分析是值得信賴的。
采用現(xiàn)行幾種航空攝影空中三角測(cè)量測(cè)量方法,加密點(diǎn)的精度均可滿足所處地
形相應(yīng)比例尺航測(cè)內(nèi)業(yè)加密的精度要求。試驗(yàn)1、試驗(yàn)2的精度均符合GB/T 7930-2008《1:500、1:1000、1:2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》、GB/T 12340-2008《1:25000、1:50000、1:100000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》的規(guī)定。對(duì)于常規(guī)光束區(qū)域網(wǎng)平差來(lái)說(shuō)精度主要取決于地面控制點(diǎn)的分布與間距,區(qū)域越大,所需的地面控制點(diǎn)越多,本次試驗(yàn)1分別布設(shè)了69個(gè)地面控制點(diǎn);對(duì)于小比例尺成圖GPS輔助空中三角測(cè)量測(cè)量而言只需在區(qū)域網(wǎng)的四角布設(shè)4個(gè)平高地面控制點(diǎn),其不隨區(qū)域網(wǎng)的大小而變化。對(duì)于GPS輔助空中三角測(cè)量測(cè)量從表1可以看出,隨著地面控制點(diǎn)的減少,區(qū)域網(wǎng)平差的精度有所降低,當(dāng)無(wú)地面控制點(diǎn)時(shí)尤為明顯。所以,要達(dá)到測(cè)量規(guī)范所要求的精度,必須采用合理的地面控制方案;對(duì)于POS輔助空中三角測(cè)量測(cè)量來(lái)說(shuō),布點(diǎn)方案須經(jīng)實(shí)驗(yàn)區(qū)確定,在試驗(yàn)2測(cè)區(qū)共計(jì)600平方公里共布設(shè)39個(gè)像控點(diǎn)(包括檢測(cè)點(diǎn)),節(jié)省了80%的像控點(diǎn),節(jié)約了60%的做像控費(fèi)用。
由于精密單點(diǎn)定位所獲取的攝站坐標(biāo)還不能完全達(dá)到空中三角測(cè)量所需要的控
制點(diǎn)的精度要求,區(qū)域網(wǎng)平差中利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償是必不可少的,從表1可看出無(wú)地面控制的檢查點(diǎn)的殘差帶有明顯的系統(tǒng)誤差。在區(qū)域的四角布設(shè)4個(gè)地面控制點(diǎn)被認(rèn)為是一種可完全改正GPS系統(tǒng)漂移誤差的實(shí)用方法。實(shí)際作業(yè)中,在區(qū)域的四角布設(shè)4個(gè)平高控制點(diǎn)是必要的,它們可用于GPS單點(diǎn)定位誤差、WGS84系與國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系不一致所引起的坐標(biāo)變換誤差以及測(cè)定空間偏移分量誤差等系統(tǒng)誤差的改正。從表1成1::25000地形圖可以看出,未加入地面控制點(diǎn)時(shí),GPS存在系統(tǒng)誤差;加入地面控制點(diǎn)后,進(jìn)行了GPS漂移改正,平差解算結(jié)果精度得以明顯提高。[7]
本次試驗(yàn)中像控點(diǎn)測(cè)量采用GPS精密單點(diǎn)定位(PPP)技術(shù)與利用高精度似大
地水準(zhǔn)面模型進(jìn)行GPS高程測(cè)量的方式施測(cè)。采用PPP技術(shù)僅使用單臺(tái)GPS接收機(jī)就可以精確確定點(diǎn)位位置,實(shí)現(xiàn)高精度定位導(dǎo)航的功能。單機(jī)作業(yè),靈活機(jī)動(dòng),大大節(jié)約用戶成本,定位精度不受作用距離的限制。
5 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述試驗(yàn)可得出基于精密單點(diǎn)定位技術(shù)的GPS輔助及慣導(dǎo)航測(cè)技術(shù)在礦區(qū)成圖中使用可節(jié)約了傳統(tǒng)像片控制測(cè)量的作業(yè)成本,優(yōu)化了傳統(tǒng)空中三角測(cè)量加密工序的技術(shù)流程,縮短了航測(cè)成圖周期,可高效、高質(zhì)量的服務(wù)于礦區(qū)成圖。精密單點(diǎn)定位技術(shù)在航測(cè)成圖中的應(yīng)用不僅改變了過(guò)去先航攝,接著外業(yè)象控測(cè)量,最后內(nèi)業(yè)空中三角測(cè)量加密的工序流程,而且提高了精度,減少作業(yè)的工序提高了作業(yè)效率,并實(shí)現(xiàn)了無(wú)地面基站,為最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的自動(dòng)化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
目前精密單點(diǎn)定位技術(shù)還處于研究實(shí)驗(yàn)階段,在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始,相信隨著精密星歷與精密鐘差的進(jìn)一步發(fā)展,精密單點(diǎn)定位算法進(jìn)一步成熟化,將精密單點(diǎn)定位技術(shù)應(yīng)用航空攝影中成為一種必然的趨勢(shì)。
參 考 文 獻(xiàn)
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英文名稱:Journal of China Coal Society
主管單位:中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
主辦單位:中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)
出版周期:月刊
出版地址:北京市
語(yǔ)
種:中文
開(kāi)
本:大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào):0253-9993
國(guó)內(nèi)刊號(hào):11-2190/TD
郵發(fā)代號(hào):
發(fā)行范圍:國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間:1964
期刊收錄:
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽(yù):
中科雙獎(jiǎng)期刊
Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
第二屆全國(guó)優(yōu)秀科技期刊
聯(lián)系方式
關(guān)鍵詞:礦山,建設(shè),方法
1.引言
21世紀(jì)是各種技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期,數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要標(biāo)志,通訊、信息和自動(dòng)化生產(chǎn)及檢測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)深刻地影響和改變著傳統(tǒng)的礦業(yè)生產(chǎn)。數(shù)字礦山實(shí)際就是以礦山系統(tǒng)為原型,以礦山科學(xué)、信息科學(xué)、人工智能為理論基礎(chǔ),通過(guò)采用現(xiàn)代信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)支撐、傳感器和過(guò)程智能控制技術(shù),在礦山企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的三維尺度范圍內(nèi),對(duì)礦山生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)與管理的各個(gè)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)要素實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn)的安全、高效和低耗,達(dá)到礦山資源管理和生產(chǎn)的最優(yōu)化。
2.數(shù)字礦山概述
2.1數(shù)字礦山概念
數(shù)字礦山就是指在礦山范圍內(nèi)建立一個(gè)以三維坐標(biāo)為主線,將礦山信息構(gòu)建成一個(gè)礦山信息模型,描述礦山中每一點(diǎn)的全部信息。按三維坐標(biāo)組織、存儲(chǔ)起來(lái),并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段,使有關(guān)人員都可以快速準(zhǔn)確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息??萍颊撐摹?/p>
2.2數(shù)字礦山意義
數(shù)字礦山可將企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)流程數(shù)字化并加工成新的信息資源,迅速準(zhǔn)確地提供給各層次的管理者及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)中的一切信息,以做出有利于生產(chǎn)要素組合優(yōu)化的決策,使企業(yè)資源合理配置,從而使企業(yè)能夠適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,求得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3數(shù)字礦山的特征
2.3.1實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字礦山技術(shù)環(huán)境下,理論上講礦山數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)更新,井下工程數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù),井下瓦斯傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各處瓦斯含量,并實(shí)時(shí)反映到監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上,井下現(xiàn)實(shí)狀態(tài)真實(shí)地、實(shí)時(shí)地反映出來(lái),克服了傳統(tǒng)滯后性,提高了礦山工程的科學(xué)性。
2.3.2礦業(yè)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)化。數(shù)字礦山的核心就是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)??萍颊撐?。整個(gè)礦山的問(wèn)題都與礦業(yè)地理信息有關(guān),所以事件必須與準(zhǔn)確的地理信息數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系。真正做到從數(shù)據(jù)收集、處理、融合、設(shè)備跟蹤、動(dòng)態(tài)定位、調(diào)度指揮的全過(guò)程系統(tǒng)化。
2.3.3三維模擬系統(tǒng)。建立起虛擬礦山,進(jìn)行礦山的模擬運(yùn)轉(zhuǎn),運(yùn)輸系統(tǒng)模擬運(yùn)轉(zhuǎn)、通風(fēng)系統(tǒng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)、電路電機(jī)系統(tǒng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)行礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)對(duì)比,突發(fā)事故搶險(xiǎn)演習(xí)等等,還可以對(duì)礦工進(jìn)行虛擬的井下條件培訓(xùn),提高他們的安全意識(shí)和工作效率。
3.數(shù)字礦山建設(shè)
3.1數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀
目前,我國(guó)數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀成果喜人,一批產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的數(shù)字礦山建設(shè)優(yōu)秀項(xiàng)目與成果脫穎而出。其特點(diǎn)可概括為:
(1)各行業(yè)競(jìng)相建設(shè):煤炭、冶金、有色、黃金、非金屬等礦山競(jìng)相開(kāi)展了多種數(shù)字礦山技術(shù)開(kāi)發(fā)與示范工程建設(shè),并在技術(shù)先進(jìn)性、建設(shè)效果等方面相互超越。
(2)建設(shè)重點(diǎn)各不相同:目前的數(shù)字礦山工程建設(shè)形式多樣,有的以O(shè)A&ERP為主,有的以面向地質(zhì)測(cè)量、一通三防、采掘設(shè)計(jì)為主,有的以人員定位、光纖環(huán)網(wǎng)、井下通訊系統(tǒng)為主,也有的以卡車調(diào)度、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全檢查系統(tǒng)為主。
(3)建設(shè)起點(diǎn)差別較大:由于各礦山行業(yè)、各生產(chǎn)礦井的信息化水平不同,基礎(chǔ)條件和技術(shù)力量差異較大,因此具體實(shí)施數(shù)字礦山工程建設(shè),存在改造提升、技術(shù)跨越和技術(shù)研發(fā)3種基本形態(tài)。
3.2 數(shù)字礦山建設(shè)
本文主要論述基于3S技術(shù)的數(shù)字礦山建設(shè)。3S技術(shù)在礦山建設(shè)中廣泛應(yīng)用。GPS除廣泛應(yīng)用于礦區(qū)控制及地面測(cè)量外,在變形監(jiān)測(cè)、卡車調(diào)度等方面也得到了應(yīng)用;RS近年已發(fā)展成為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受采礦影響的監(jiān)測(cè)、調(diào)查與分析的重要手段;GIS在礦業(yè)界出現(xiàn)了應(yīng)用推廣與理論研究并重的局面。
3.2.1 GPS在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用
(1)目前,通過(guò)研究GPS的WGS-84坐標(biāo)系與我國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系以及礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的問(wèn)題,提出基于Delaunay三角網(wǎng)的游動(dòng)9參數(shù)等一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,以滿足礦區(qū)控制網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實(shí)際需要。
(2)我國(guó)一些露天煤礦成功應(yīng)用了卡車計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行礦山生產(chǎn)的指揮調(diào)度。借助無(wú)線通信和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng),將收集到的各種數(shù)據(jù)和邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到中央計(jì)算機(jī),由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和調(diào)度,最終建立起一條數(shù)字化生產(chǎn)指揮控制鏈,提高了設(shè)備的臺(tái)時(shí)效率,實(shí)現(xiàn)了采礦作業(yè)的最優(yōu)化,鉆機(jī)管理部分利用高精度GPS定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了爆破孔的自動(dòng)定位。
3.2.2 RS技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用
(1)礦產(chǎn)資源開(kāi)采狀況遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。所謂礦產(chǎn)資源開(kāi)采狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),是將不同時(shí)相的礦區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,從空間和數(shù)量上分析其動(dòng)態(tài)變化特征及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。目前礦山遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提取信息的方法主要有人機(jī)交互式方法和計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取方法。人機(jī)交互式提取,最主要的是在遙感圖像上劃出各地物界線,得到遙感分類圖,再比較各時(shí)相的遙感分類圖,這樣可以很好地提取礦山各種地物的變化信息。
(2)礦山地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)。地質(zhì)災(zāi)害是礦山生產(chǎn)與礦區(qū)發(fā)展的重要影響因素。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生是一個(gè)時(shí)空動(dòng)態(tài)過(guò)程,遙感應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)主要包括三個(gè)階段:災(zāi)害發(fā)生前對(duì)孕災(zāi)因子、背景信息的獲取、管理與預(yù)處理,并進(jìn)行災(zāi)害預(yù)報(bào);災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中對(duì)災(zāi)情的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),提供救災(zāi)減災(zāi)需要的空間和專題信息,并進(jìn)行信息分析、優(yōu)化決策等;災(zāi)害發(fā)生后對(duì)災(zāi)情進(jìn)行綜合分析和災(zāi)害損失評(píng)估,為災(zāi)后重建提供信息基礎(chǔ)和分析。
3.2.3 GIS技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用基于GIS技術(shù)的礦業(yè)地理信息系統(tǒng)(MGIS),是實(shí)現(xiàn)礦山信息化的最重要的工具之一。MGIS以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上建立一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的分布式系統(tǒng)為目的,從而實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)中各種信息資源的共享,為“數(shù)字礦山”的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
MGIS的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)礦山信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。針對(duì)礦山數(shù)據(jù)信息的復(fù)雜性、海量性、不確定性和動(dòng)態(tài)多源、多精度、多時(shí)相和多尺度性的特點(diǎn),為統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù),必須研究一種新型的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù),其中包括礦山數(shù)據(jù)的分類組織、分類編碼、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、高效檢索、快速更新與分布式管理。而從海量的礦山數(shù)據(jù)中提取專題信息、發(fā)掘隱含規(guī)律也是空間數(shù)據(jù)管理的一方面。
(2)空間查詢、空間分析。空間查詢與空間分析是GIS的基本功能,在礦區(qū)中,“圖查屬性”、“屬性查圖”、空間緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析等功能,可以用于采礦過(guò)程中保安煤粒的設(shè)計(jì)、各水平煤層共同要素的提取、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)施等??萍颊撐?。
(3)礦區(qū)制圖功能。MGIS系統(tǒng)能夠提供各種機(jī)制的高品質(zhì)的數(shù)字礦圖,如礦井開(kāi)拓圖、礦區(qū)地形圖、礦區(qū)土地利用圖、礦床產(chǎn)狀圖、采掘工程圖、井上下對(duì)照?qǐng)D等。
4.結(jié)束語(yǔ)
數(shù)字礦山是礦業(yè)科技創(chuàng)新的核心方向,是礦山可持續(xù)發(fā)展的保障。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字礦山將會(huì)很快在礦山生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,數(shù)字礦山的強(qiáng)大功能及在礦山生產(chǎn)中的重要性將會(huì)在日后的應(yīng)用中逐步體現(xiàn)出來(lái)。
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【Abstract】GPS is a kind of system for positioning by satellite navigation. The use of GPS mapping technology in engineering surveying and mapping can effectively improve the efficiency and precision of engineering surveying and mapping. This paper mainly introduced the characteristics of GPS mapping technology, and discussed the engineering application of GPS mapping technology in the specific application of the practice.
【關(guān)鍵詞】工程測(cè)繪;GPS測(cè)繪技術(shù);應(yīng)用;實(shí)踐
【Keywords】 engineering surveying; GPS mapping technology; application; practice
【中圖分類號(hào)】TU98 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069(2017)03-0134-02
1 GPS測(cè)繪技術(shù)的特點(diǎn)
1.1 可以實(shí)時(shí)定位
GPS測(cè)繪技術(shù)采用的是全球定位系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)航,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的速度以及三維位置的實(shí)時(shí)精確定位,從而有效地保證運(yùn)動(dòng)物體可以按照之前預(yù)定的方案運(yùn)行。
1.2 定位的精度非常高
根據(jù)相關(guān)的工程測(cè)繪具體實(shí)驗(yàn)可以得知,工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用在具體的定位精度上可以達(dá)到50km之內(nèi),相對(duì)定位的精準(zhǔn)度高達(dá)10×1-6到10×2-6,在距離為100km到500km時(shí)其定位精準(zhǔn)度可以達(dá)到10-7,距離超過(guò)1000km時(shí)其相對(duì)定位的精準(zhǔn)度可以到達(dá)10-9。GPS測(cè)繪技術(shù)采用實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)定位以及實(shí)時(shí)地查分定位方式,使工程測(cè)量的精準(zhǔn)度可以按厘米級(jí)以及分米級(jí)來(lái)進(jìn)行計(jì)算,這樣幾乎可以滿足工程測(cè)量中的所有測(cè)量要求,現(xiàn)階段GPS測(cè)繪技術(shù)依舊在不斷的發(fā)展,因此GPS測(cè)繪技術(shù)的精準(zhǔn)度還可以得到進(jìn)一步的提升。
1.3 觀測(cè)所用時(shí)間短
現(xiàn)階段進(jìn)行測(cè)量的模式選用的是經(jīng)典靜態(tài)的相對(duì)定位模式,現(xiàn)在要對(duì)20km以內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,借助單頻接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)所用的觀測(cè)時(shí)間大概為1h,如果借助雙頻接收機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)量所需的測(cè)量時(shí)間為15-20min。而如果采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的定位模式,僅僅需要1~5min的時(shí)間就可以將初始化觀測(cè)完成,在每個(gè)站所需要的觀測(cè)時(shí)間短到僅需幾秒。因此可以得出結(jié)論,GPS測(cè)繪技術(shù)可以將工程測(cè)繪的觀測(cè)時(shí)間降到最低,從而有效地提升工程測(cè)繪的效率。
1.4 操作難度較低
伴隨著國(guó)家各種測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,GPS測(cè)繪技術(shù)也在不斷更新,現(xiàn)階段GPS測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化,因此在對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行操作時(shí)難度相對(duì)會(huì)比較低,只需要了解并且掌握一些基本的監(jiān)測(cè)儀器、量取儀器,采集數(shù)據(jù)以及安裝儀器的技術(shù),接下來(lái)的一些測(cè)繪工作系統(tǒng)可以自動(dòng)展開(kāi),操作的簡(jiǎn)便也促進(jìn)了GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的進(jìn)一步應(yīng)用。另外,GPS接收機(jī)的重量比較輕體積非常小,方便攜帶。
1.5 可以用于長(zhǎng)期作業(yè)
因?yàn)镚PS衛(wèi)星的分布數(shù)量非常多并且分布非常均勻,所以GPS測(cè)繪技術(shù)的覆蓋面非常廣,除去在比較惡劣的雷雨天氣下,地球上的幾乎任何一個(gè)位置都能夠接收到觀測(cè)信息,因此GPS測(cè)繪技術(shù),受所用地點(diǎn)以及時(shí)間的限制非常少,具有可以用于長(zhǎng)期作業(yè)的特點(diǎn)。
1.6 功能多用途廣
GPS測(cè)繪技術(shù)不僅僅可以用于各類導(dǎo)航工作以及測(cè)量工作,同時(shí)還可以進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)時(shí)以及測(cè)速工作,在進(jìn)行測(cè)速工作時(shí),GPS測(cè)繪技術(shù)的精度可以達(dá)到每秒0.1m,可以說(shuō)精度非常高。
2 工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的具體應(yīng)用實(shí)踐探討
2.1 一些精密工程中GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐
現(xiàn)階段伴隨著GPS測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,工程測(cè)量的多個(gè)環(huán)節(jié)中都有用到GPS測(cè)繪技術(shù)。工程測(cè)繪的范圍非常廣,包括工程的勘察設(shè)計(jì),工程的施工以及工程的驗(yàn)收等,當(dāng)然還包括工程施工中一些設(shè)備的安裝,所有的工程環(huán)節(jié)中都會(huì)用到GPS測(cè)繪技術(shù)。另外,由于GPS測(cè)繪技術(shù)操作比較簡(jiǎn)單測(cè)量結(jié)果精度高,在很多的精密設(shè)備工程中也得到了一些應(yīng)用實(shí)踐,例如,橋梁工程、管道工程、隧道工程以及安裝工程,工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的實(shí)踐表明了GPS測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中發(fā)揮了較大作用。在進(jìn)行兩個(gè)控制點(diǎn)間的具體測(cè)量工作時(shí),如果采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法只能進(jìn)行通視,但如果借助GPS測(cè)繪技術(shù)就完全不用通視。例如,如果要對(duì)隧道的貫通控制進(jìn)行測(cè)量,為了能夠有效保證隧道貫通測(cè)量的精準(zhǔn)性,需要借助聯(lián)測(cè)確定隧道起始基點(diǎn)的方向,然后再將隧道的開(kāi)挖方向進(jìn)行測(cè)定。這樣不僅可以使隧道工程的測(cè)量變得足夠簡(jiǎn)單,同時(shí)還可以將隧道工程質(zhì)量得到有效提升?,F(xiàn)階段,GPS測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)充分借助自己高效益以及高精度的優(yōu)勢(shì),在很多的隧道工程以及礦山測(cè)量工程中得到了應(yīng)用實(shí)踐[1]。
2.2 工程變形方面GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐
工程變形主要是指由于人為因素使得建筑未發(fā)生位移或者變形,工程變形在工程建筑中是一種普遍存在的現(xiàn)象,工程會(huì)發(fā)生變形也就給了GPS測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐空間,GPS測(cè)繪技術(shù)擁有可以三維定位的技術(shù)優(yōu)勢(shì),因此可以現(xiàn)對(duì)工程變形的監(jiān)測(cè)。在具體的工程建設(shè)中,工程變形可以分為陸地上的建設(shè)物發(fā)生變形、礦山變形、大壩發(fā)生變形以及一些海上的建筑物發(fā)生淪陷等方面。另外,利用GPS測(cè)繪技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山變形的監(jiān)測(cè),在具體的應(yīng)用實(shí)踐中,需要選取一個(gè)特定的位置,在該位置上設(shè)立幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),然后再進(jìn)行GPS接收機(jī)的安裝,從而不斷地接收數(shù)據(jù)并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而利用GPS測(cè)繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)[2]。
2.3 網(wǎng)型設(shè)計(jì)中GPS測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐
在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí),其中一項(xiàng)非常重要的步驟就是網(wǎng)型設(shè)計(jì),因?yàn)镚PS測(cè)繪技術(shù)在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)不需要通視,因此這就可以使圖形設(shè)計(jì)的靈活性得到增強(qiáng)。但是需要注意一些問(wèn)題,其一,GPS測(cè)繪技術(shù)采用的是無(wú)線定位的方式,所以不可避免的會(huì)受到外界環(huán)境的一些影響,因此在利用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)型設(shè)計(jì)時(shí)需要注意提升檢核條件,從而保證網(wǎng)以及數(shù)據(jù)的可靠性。其二,在進(jìn)行GPS點(diǎn)的選擇工作時(shí),需要遠(yuǎn)離各類變壓所,選擇一個(gè)信號(hào)接收方便的地方。
2.4 選點(diǎn)以及建立標(biāo)志方面的應(yīng)用
利用GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行選點(diǎn)工作會(huì)比應(yīng)用其他測(cè)量方法進(jìn)行選點(diǎn)工作比較方便,在進(jìn)行具體的選點(diǎn)工作時(shí),需要保證選點(diǎn)位置的視野比較開(kāi)闊并且交通比較方便,一定要讓GPS遠(yuǎn)離具有干擾能力的障礙物以及金屬。例如,高層建筑、高壓線以及大范圍的水平。在選點(diǎn)工作完成后,要進(jìn)行標(biāo)石埋置的工作,然后再進(jìn)行網(wǎng)選點(diǎn)圖的繪制工作。
3 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,GPS測(cè)繪技術(shù)相比較其他的測(cè)量技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、精度高等一系列的優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明,在工程測(cè)繪中運(yùn)用GPS測(cè)繪技術(shù)有助于提升工程測(cè)量的精準(zhǔn)度以及測(cè)量效率,因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)工程測(cè)繪中GPS測(cè)繪技術(shù)的實(shí)踐探討,使GPS測(cè)繪技術(shù)得到更好的應(yīng)用。
【參考文獻(xiàn)】
礦山機(jī)械 礦山安全論文 礦山企業(yè)管理 礦山機(jī)械設(shè)備 礦山設(shè)備 礦山安全 礦山地質(zhì)論文 礦山安全治理法 紀(jì)律教育問(wèn)題 新時(shí)代教育價(jià)值觀