地理信息系統(tǒng)在礦山測量中的應用

李國釗

（1.龍巖市經(jīng)緯測繪公司，福建 龍巖 364000）

1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術。GIS是利用計算機存貯、處理地理信息的一種技術與工具，是一種在計算機軟、硬件支持下，把各種資源信息和環(huán)境參數(shù)按空間分布或地理坐標，以一定格式和分類編碼輸入、處理、存貯、輸出，以滿足應用需要的人機交互信息系統(tǒng)。GIS有2個顯著特征[1]：一是不僅可管理數(shù)字和文字屬性信息，而且可管理空間信息(圖形信息)；二是可利用各種空間分析法對多種不同的信息進行綜合分析，尋求空間實體間的相互關系，分析和處理在一定區(qū)域內分布的現(xiàn)象和過程。

2 GIS在礦山測量中的應用

GIS在礦山測量中的應用方向大致可分為：

1）基于GIS技術建立多源數(shù)據(jù)找礦模型。單一的信息源往往局限于信息的片面性,不能準確反映地質體、地質現(xiàn)象和某些特征，這就需要對多而復雜的其他相關內容進行更加深入和透徹的認識。而GIS技術具有多源數(shù)據(jù)綜合分析和管理功能,能給具有空間屬性的異源數(shù)據(jù)提供良好的融合平臺，進而建立多源的數(shù)據(jù)找礦模型。

2）礦山管理信息系統(tǒng)。礦山管理包括礦山設計、巷道開挖、礦產開采、沉降監(jiān)測和環(huán)境評價等工作。礦山管理信息系統(tǒng)內容龐雜，功能齊全。目前已有很多學者對礦山地質災害、礦山機電安全管理、煤礦災害事故、礦井通風信息系統(tǒng)、煤礦瓦斯管理信息系統(tǒng)、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評價、礦區(qū)土地利用、煤礦安全管理、礦山開采沉降可視化、井下可視化管理系統(tǒng)、救援信息系統(tǒng)等方面進行了研究和探討[2]。

3）三維礦山。目前，三維礦山模擬已成為科技熱點。它是在GIS、可視化技術和地質信息計算機模擬技術基礎上建立的礦山客觀實體模型[2]。建立三維礦山，有利于地質和礦業(yè)界人員更直觀精確地圈定礦體邊界，進而了解不同礦體分布的三維形態(tài)，便于對地下地質體進行準確解讀和圈定，為礦產開發(fā)和找礦預測進行指導。

4）礦產資源規(guī)劃管理。應用GIS手段對礦產資源規(guī)劃管理中的大量圖形、文檔和指標數(shù)據(jù)進行有效管理，有利于進行標準和規(guī)范化的處理，建立統(tǒng)一的礦產資源數(shù)據(jù)庫?？梢酝ㄟ^客戶機-服務器的運行模式，經(jīng)由大型數(shù)據(jù)庫和GIS空間數(shù)據(jù)引擎，將圖形和文檔數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)管理平臺，從而實現(xiàn)對圖形、文檔和指標3類數(shù)據(jù)的有效管理和分析。與此同時，還可進行規(guī)劃項目的遠程管理。

5）數(shù)字礦山。數(shù)字礦山（DM）的概念是1999年提出的。DM是多維數(shù)字化、網(wǎng)絡化和可視化的技術系統(tǒng)，其利用多媒體和模擬仿真技術對真實礦山進行數(shù)字化的再現(xiàn)。我國已開始應用采礦機器人、三維地學模擬、礦山虛擬現(xiàn)實等技術進行礦山的開發(fā)與應用研究。例如，煤礦地質測量3D模型的構建與可視化將大大提高工作人員對煤礦生產各個環(huán)節(jié)的直觀認識。但是由于數(shù)據(jù)采集的難度和生成算法的復雜性，數(shù)字礦山全景式真三維建模這一功能尚處于摸索開發(fā)階段。GIS利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)建立起三維空間任意復雜形狀物體的真三維實體模型，并且以此為基礎提供特定的服務，主要用于井下采礦、露天采礦、礦體模型、巷道模型的建立。

3 礦山地理信息系統(tǒng)

3.1 礦山地理信息系統(tǒng)概述

礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)是將GIS 應用于礦山的區(qū)域性GIS，是為礦山生產、設計、規(guī)劃等提供支持的系統(tǒng)。它以計算機為基礎，應用攝影測量與遙感等技術采集信息，發(fā)揮GIS的強大地學分析和輔助決策功能，通過制圖和圖像處理手段結合礦山資源特征構建起來的地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能強大，具有信息采集、存儲、處理，建立礦區(qū)數(shù)據(jù)庫及軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對信息的查詢檢索、綜合分析、動態(tài)預測和評價、信息輸出等功能[2]。該系統(tǒng)能為礦區(qū)的環(huán)境監(jiān)測和評價及礦產資源的開發(fā)管理提供科學的依據(jù)。MGIS是礦山現(xiàn)代化管理、決策的重要標志，是為適應礦山生產發(fā)展的需要而開發(fā)的一種現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)。

3.2 在我國礦山測量中的應用現(xiàn)狀

3.2.1 應用領域

1）礦床地質勘探及礦山設計。MGIS存儲有大量的礦山地理信息數(shù)據(jù),利用GIS的強大功能進行勘探設計、地質施工、報告編制及礦山設計，可極大提高工作效率，減少設計失誤，優(yōu)化設計成果。

2）編制生產計劃。MGIS也可以制定生產計劃，通過對其空間關系的實時分析，可以使生產計劃的制定建立在客觀、合理、有效的基礎之上，通過模擬，還可以進一步檢驗生產計劃的科學合理性和可操作性。

3）日常生產管理。礦山日常生產過程中會遇到各種問題，揭露許多新的地質現(xiàn)象，這些新的資料要及時地輸入到MGIS中，通過其強大的分析功能，科學及時有效地調整生產計劃，提高生產計劃實施效率。同時，各種生產數(shù)據(jù)也可以及時準確地統(tǒng)計出來，供領導實施決策時參考。

4）經(jīng)濟評價及預測。在礦山中還可以使用MGIS來對礦山進行經(jīng)濟評價，對未來的生產經(jīng)營狀況進行預測等。礦山經(jīng)營的各個方面均可使用MGIS來提高工作效率，降低生產成本，提高決策的科學合理性。

3.2.2 應用中存在的問題

1）可視化數(shù)據(jù)結構的有效表達問題。借助于計算機的原型模擬加工可有效對地面和地下地形地貌進行三維可視化表達[3]，但對于隱伏礦體的表達存在局限性。由于隱伏礦體特殊的內部結構，加之礦體暴露，其表達的內容有不確定性，不利于隱伏礦體的可視化表達，為實際工作造成了困難，因此亟需建立一種有效的可視化數(shù)據(jù)結構表達方式。

2）巷道的空間拓展表達。由于巷道是處在不斷延伸和發(fā)展中的，其與地表所表達的線對象有著本質區(qū)別，因此如何針對在空間不斷拓展的特點實現(xiàn)MGIS的三維可視化表達，建立適合MGIS的可視化手段應進一步加以研究。

4 GIS在礦山測量中應用前景

1）多元集成趨勢。多元集成包括3大系統(tǒng)的集成，即礦山信息源的集成、礦山管理系統(tǒng)的集成、多種應用技術的集成。GIS技術未來的發(fā)展必須使得遙感、測量、鉆井、物探、水文、地震等資料實現(xiàn)集成可視化，進而實現(xiàn)信息的融合和共享，以利于主管部門進行網(wǎng)絡化的系統(tǒng)管理。GIS將地理信息科學、地理學、遙感技術、全球定位技術、計算機技術多學科進行交叉滲透，具有很強的實用性。因此，實現(xiàn)GIS的可持續(xù)發(fā)展，必須與上述相關學科進行更為緊密的結合，才能促進共同發(fā)展，有利于GIS系統(tǒng)更高效的應用。

2）礦山生產過程一體化。實現(xiàn)從礦山設計到開采生產的過程一體化將是未來GIS的一大發(fā)展趨勢。其利用三維可視化、虛擬現(xiàn)實等技術，以地質及礦床模型為基礎，并結合其他信息進行數(shù)字模擬開采，完成礦山長、中、短期開采計劃編制、露天開采爆破設計、地下礦巷道標準斷面設計、采礦方法設計、爆破設計、災情應變預案、儲量動態(tài)監(jiān)測等工作。應用可視化技術，實現(xiàn)露天采場、礦井的生產調度與自動監(jiān)測，邊坡、排土場、尾礦壩的穩(wěn)定性監(jiān)測、評價和預報，地下礦井地壓、礦震監(jiān)測與預報，通風、粉塵、地下水監(jiān)測等[4]。

3）礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)。礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)的開發(fā)和應用也將是未來GIS發(fā)展的趨勢。由于目前GIS在礦產資源方面的應用主要停留在數(shù)據(jù)庫和空間的疊加分析上，而對知識的處理和推理能力較為缺乏。礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)將會為礦山環(huán)境保護、礦山環(huán)境治理、礦山環(huán)境評價提供支持[5]。決策系統(tǒng)還將向智能化方向發(fā)展，為各種智能生產經(jīng)營提供決策，并提高決策的實效性和科學性。

地理信息系統(tǒng)的發(fā)展進步，促進礦山測量進步與發(fā)展，GIS在礦山測量中的應用，逐漸形成以數(shù)據(jù)采集、輸入、分析、處理、輸出為一體的技術系統(tǒng)，這必將徹底改變傳統(tǒng)觀念及其生產作業(yè)方式,為礦山開采帶來了新的發(fā)展機遇。

[1]周彬，楊永剛.運用地理信息技術（CGIS）建設“數(shù)字礦山”[J].山東煤炭科技，2009(5):65-67

[2]周愛華，陳靜.基于GIS和RFID的煤礦井下人員跟蹤定位與監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].礦山測量，2009(2):47-52

[3]趙永軍，傅曉寧，楊雯雯.地理信息系統(tǒng)在地質領域中的應用[J].西南石油大學學報：自然科學版，2008(6):68-71

[4]尹章才.土地劃撥中的時空數(shù)據(jù)模型研究[J].國土資源遙感，2002(4):70-75

[5]劉仁義，劉南.基態(tài)修正時空數(shù)據(jù)模型的擴展及在土地產權產籍系統(tǒng)中的實現(xiàn)[J].測繪學報，2001，30(2):168-172

[6]CJJ/T 8-2011.城市測量規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011

[7]GB50026-2007.工程測量規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2007

[8]徐志紅，邊馥苓，陳江平.基于事件語義的時態(tài)GIS模型[J].武漢大學學報：信息科學版，2002，27(3):311-315