礦山應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

GIS是英文Geographic Information System的縮寫，通常稱為地理信息系統(tǒng)。GIS是介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉學(xué)科，是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是采集、存儲、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層在內(nèi)）與空間和地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，有多個(gè)分支，目前GIS在資源調(diào)查管理、環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)、城市規(guī)劃、土地利用、公共交通、各類工程施工、軍事國防以及商業(yè)、經(jīng)營決策等方面均已得到廣泛而卓有成效的應(yīng)用。礦山地理信息系統(tǒng)（MGIS）是其分支之一，該系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，應(yīng)用測量、攝影測量與遙感等技術(shù)采集信息，并通過機(jī)械制圖和圖像處理等手段，緊密結(jié)合礦山的空間與資源特征構(gòu)建起來的一種信息系統(tǒng)。將GIS 運(yùn)用于指導(dǎo)礦山的規(guī)劃、日常生產(chǎn)、管理、環(huán)境監(jiān)測以及安全預(yù)警等各方面將有很重要的意義。

一、礦山應(yīng)用MGIS的必要性

礦山是一種特殊的地理區(qū)域?，F(xiàn)代礦山一般規(guī)模龐大，面積較廣，地質(zhì)條件和礦體賦存條件差別很大，主要表現(xiàn)為：礦床地層構(gòu)造復(fù)雜，礦體厚度不穩(wěn)定，傾角變化大，頂?shù)装宀环€(wěn)定，有時(shí)受地下水的威脅等；生產(chǎn)方式復(fù)雜，生產(chǎn)礦井提升、運(yùn)輸方式多樣；設(shè)備復(fù)雜，種類繁多，設(shè)備數(shù)量多。由此可見，礦山的信息量巨大，并且數(shù)據(jù)類型多，包括地質(zhì)、采礦、測繪、選冶、分析、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)與管理等多方面的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)載體有文件資料、表格、圖形圖像、數(shù)據(jù)庫等。礦山數(shù)據(jù)具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。大量的數(shù)據(jù)不及時(shí)收集、整理、保存，一旦丟失，將給礦山造成巨大信息及經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。目前，礦山工程施工、開采過程、設(shè)備、材料信息、經(jīng)營管理信息等的收集和處理主要停留在手工操作上，已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)、管理、辦公等要求，急需具有智能化特征的方法與系統(tǒng)來滿足企業(yè)之需求。MGIS是滿足這一需求的最好方法之一。

二、MGIS的特點(diǎn)及其功能

1.MGIS的特點(diǎn)

礦山地理定位數(shù)據(jù)是MGIS的基本數(shù)據(jù)，利用礦山地面和井下測量信息構(gòu)建礦山的幾何空間框架。礦山數(shù)據(jù)源包括地形圖、測量資料、礦山土地利用圖、地質(zhì)圖及文字報(bào)告、礦床產(chǎn)狀圖及文字報(bào)告、采掘工程圖、井上下對照圖、礦山建筑資料等。其儲存形式，主要有圖象、圖形、文字、表格等。這些為數(shù)據(jù)源靜態(tài)的一面。另一方面，由于礦山生產(chǎn)和區(qū)域社會的不斷發(fā)展，還有大量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，即在生產(chǎn)過程中不斷更新、增加的數(shù)據(jù)和信息。這部分?jǐn)?shù)據(jù)是生產(chǎn)和管理的最新資料，是系統(tǒng)保持現(xiàn)實(shí)性所必需的。MGIS的數(shù)據(jù)具有以下主要特點(diǎn)：（1）多源性。數(shù)據(jù)涉及不同的領(lǐng)域、不同的來源、不同的載體。（2）時(shí)空特性。數(shù)據(jù)具有時(shí)空四維的幾何和屬性信息，并且隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，數(shù)據(jù)處在不斷的更新、增刪之中。（3）多時(shí)相性。礦山信息涵蓋礦山生產(chǎn)和建設(shè)的各個(gè)階段。（4）不確定性。各種空間、資源和環(huán)境數(shù)據(jù)具有不確定性或模糊性。

2.MGIS的基本功能

MGIS是在礦業(yè)信息數(shù)據(jù)倉庫基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代空間分析、數(shù)據(jù)采礦、知識挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和科學(xué)計(jì)算技術(shù)，為礦產(chǎn)資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安全和決策管理進(jìn)行模擬、仿真和過程分析提供新的技術(shù)平臺和強(qiáng)大工具。MGIS具備如下功能：（1） 監(jiān)測礦區(qū)環(huán)境狀況及演變。（2）采集、管理、處理、分析一切與礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境和資源相關(guān)的時(shí)空信息。（3）利用3D建模與可視化技術(shù)來動(dòng)態(tài)模擬、再現(xiàn)與仿真礦山開采活動(dòng)及給環(huán)境帶來的相關(guān)影響。（4）輔助礦井開拓設(shè)計(jì)、礦井生產(chǎn)管理，支持礦山防災(zāi)、減災(zāi)與救災(zāi)指揮。（5）進(jìn)行人機(jī)協(xié)同的礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃與指標(biāo)評估，其核心是礦區(qū)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型庫、決策知識庫及中間關(guān)聯(lián)的邏輯解譯等子系統(tǒng)。

三、GIS礦山應(yīng)用現(xiàn)狀

地理信息系統(tǒng)用于礦山必將引起礦山數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的一場革命。發(fā)展礦山地理信息系統(tǒng)已成為一種必然趨勢。礦山地理信息系統(tǒng)目前在礦山中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

1.礦床地質(zhì)勘探及礦山設(shè)計(jì)。建立的MGIS存儲有大量的礦山地理信息數(shù)據(jù)，利用GIS的強(qiáng)大功能進(jìn)行勘探設(shè)計(jì)、地質(zhì)施工、報(bào)告編制及礦山設(shè)計(jì)，可以極大地提高工作效率，減少設(shè)計(jì)失誤，優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

2.編制生產(chǎn)計(jì)劃。依賴礦山地理信息數(shù)據(jù)也可以制定生產(chǎn)計(jì)劃，通過對其空間關(guān)系的實(shí)時(shí)分析，可以使生產(chǎn)計(jì)劃的制定建立在客觀、合理、有效的基礎(chǔ)之上，通過模擬，還可以進(jìn)一步檢驗(yàn)生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)合理性和可操作性。

3.日常生產(chǎn)管理。礦山日常生產(chǎn)過程中會遇到各種各樣的問題，會揭露出許多新的地質(zhì)現(xiàn)象，這些新的資料要及時(shí)地輸入到MGIS中，通過其強(qiáng)大的分析功能，科學(xué)及時(shí)有效地調(diào)制生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施效率。

4.礦山生產(chǎn)安全。礦山生產(chǎn)中有許多因素會影響生產(chǎn)安全，如隨著開挖的進(jìn)行，礦山地壓的變化及冒頂片幫規(guī)律的變化；斷層裂隙帶；地下水；粉塵及有害氣體等等。這些因素與礦山生產(chǎn)部位的空間關(guān)系如何是礦山生產(chǎn)安全所要考慮的首要問題。

5.生產(chǎn)監(jiān)督檢查。礦山生產(chǎn)要接受上級部門和地礦管理部門的監(jiān)督檢查，如礦山生產(chǎn)安全方面和資源回收方面的檢查等。這些部門通過MGIS對礦山生產(chǎn)的檢查，會更及時(shí)、更客觀、更有效。

四、MGIS研究所面臨問題及發(fā)展趨勢

1.MGIS所面臨的問題

建立礦區(qū)地理信息系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的、工程量巨大的系統(tǒng)工程，需要從數(shù)據(jù)、功能、應(yīng)用各方面對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)，綜合應(yīng)用信息、地理、采礦、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、測繪、地球空間信息科學(xué)等學(xué)科的知識和技術(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建立能對礦區(qū)多源信息進(jìn)行管理和處理的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)已成為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

（1）MGIS數(shù)據(jù)的采集及質(zhì)量。數(shù)據(jù)是MGIS中重要的組成部分，建立MGIS的一個(gè)關(guān)鍵問題就是數(shù)據(jù)的采集輸入與數(shù)據(jù)的質(zhì)量保證。數(shù)據(jù)是MGIS進(jìn)行規(guī)劃、管理和決策的基礎(chǔ)。MGIS中的數(shù)據(jù)主要是指與礦產(chǎn)資源條件有關(guān)的描述和分析。

（2）MGIS數(shù)據(jù)的表達(dá)顯示及分析。通過各種有效手段采集到的空間數(shù)據(jù)及其導(dǎo)出信息，如何利用可視化技術(shù)和符號化表示方式來形象、直觀、生動(dòng)地表達(dá)和顯示。如何根據(jù)所要解決的問題，連接GIS數(shù)據(jù)庫、方法庫和知識庫，實(shí)現(xiàn)GIS的目標(biāo)、空間建模。

（3）MGIS應(yīng)用模型的開發(fā)。模型是將現(xiàn)實(shí)的礦山世界的數(shù)據(jù)組織為有用的且能反映真實(shí)信息的數(shù)據(jù)集，對MGIS來說，數(shù)據(jù)建模就是GIS與礦山生產(chǎn)與管理應(yīng)用專業(yè)模型的結(jié)合，建立起礦山開發(fā)過程實(shí)踐的各種應(yīng)用模型庫。建立MGIS的應(yīng)用模型庫是MGIS系統(tǒng)集成的十分重要的一環(huán)。

2.MGIS的發(fā)展趨勢

礦山地理信息系統(tǒng)的建立、發(fā)展和廣泛應(yīng)用，必將促使我國礦山工業(yè)的生產(chǎn)管理向信息化、科學(xué)化的方向邁進(jìn)。通過對各種地質(zhì)、礦山測量、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)參數(shù)的分析和處理，可使礦山企業(yè)的各級主管人員迅速、及時(shí)并直觀地查詢有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。通過分析研究，礦山地理信息系統(tǒng)的近期發(fā)展重點(diǎn)是：MGIS應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，以礦山空間數(shù)據(jù)的采集、處理、加工為突破口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的滾動(dòng)開發(fā)，從而提高M(jìn)GIS的應(yīng)用水平。

五、結(jié)語

GIS技術(shù)的日趨成熟和廣泛應(yīng)用，為礦產(chǎn)資源開發(fā)中的規(guī)劃、管理、設(shè)計(jì)與決策提供了嶄新的技術(shù)手段?，F(xiàn)代礦山是一個(gè)多介質(zhì)的復(fù)雜系統(tǒng)，而且規(guī)模較大，可視化表達(dá)礦山信息是MGIS優(yōu)勢所在。對于礦山生產(chǎn)管理、規(guī)劃、消除安全隱患以及及時(shí)了解礦山各個(gè)區(qū)域的情況，原始的方法已經(jīng)不適合于礦山。隨著現(xiàn)代化礦山建設(shè)的發(fā)展，以及礦山可持續(xù)發(fā)展的要求，建立礦山地理信息系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，可視化管理礦山意義重大，將給礦山帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。