露天礦山測繪地理信息系統(tǒng)的建立研究與實踐

羅發(fā)明，高中文，陶歆貴

（1.上海元測工程技術(shù)有限公司，上海 浦東 200120；2.北京三友宇天測繪有限公司，北京 石景山區(qū) 100043；3.廣東銳建勘測設計有限公司，廣東 中山 528400）

1 引言

礦山測量是在新中國成立以后逐步發(fā)展起來的，經(jīng)過六十多年的發(fā)展，它已在礦山與地質(zhì)、采礦、礦建、安全環(huán)保等學科中呈現(xiàn)出既相互獨立又彼此滲透、交融的態(tài)勢。近年來由于有光電技術(shù)、計算機技術(shù)、衛(wèi)星空間定位技術(shù)（GPS）、地理信息技術(shù)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）等一系列的新學科、新技術(shù)的支撐,當今的礦山測量工作已經(jīng)從原來單純利用測量、計算和繪圖來確定空間三維坐標的學科,逐步發(fā)展成為與空間三維坐標有關的一切幾何、地理、自然資源以及物理屬性等方面的測繪地理信息科學［1］。

幾年來，作為江銅集團的骨干礦山——德興銅礦經(jīng)過全礦測量工作者的共同努力，逐步建立健全了礦區(qū)基礎地理信息系統(tǒng)、地質(zhì)測量集成平臺的開發(fā)與應用、采區(qū)邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、礦山管線信息系統(tǒng)及現(xiàn)狀總圖派生出來的礦山環(huán)保設施布置圖、安全危險源分布圖、土地征地界線與復墾專題現(xiàn)狀圖，從而基本建立了大型露天礦山地理信息系統(tǒng)，并正在為礦山安全高效地組織生產(chǎn)而提供礦山地理信息服務！

2 礦區(qū)基礎地理信息系統(tǒng)的建立［2］

德興銅礦采礦、選礦、尾礦及輔助設施等工業(yè)場地分布在南北13.5km，東西13公km，即：東至鐵羅山、南至富家塢、西至張家畈、北至樂安江的范圍內(nèi)，總面積約83km2，共有1∶1000地形藍圖381幅。系統(tǒng)的建立首先是對這381幅地形藍圖，逐一進行300dpi分辨率，黑白兩值掃描，形成bmp圖片文件；再由清華三維公司開發(fā)的EPSCAN 2000掃描矢量化平臺上數(shù)字化［3］，生成dwg文件后，按圖幅編號進庫，再在CAD繪制總平面示意分幅圖上，利用CAD自帶的插入菜單下的超鏈接工具，完成所有圖幅的GIS數(shù)據(jù)庫的鏈接，形成礦區(qū)基礎地理信息［3］系統(tǒng)，上傳礦山內(nèi)部網(wǎng)服務器，授權(quán)給有權(quán)用戶，有權(quán)用戶可根據(jù)用戶名及密碼調(diào)用，現(xiàn)已廣泛服務礦山生產(chǎn)建設的各個領域。

3 礦山地理信息采集口——地質(zhì)測量集成平臺的開發(fā)與應用［4］

礦區(qū)基礎地理信息系統(tǒng)形成后，礦山生產(chǎn)建設過程中，采區(qū)、排土場、尾礦庫等作業(yè)區(qū)域不斷發(fā)生變化，為確保礦區(qū)地理信息的現(xiàn)勢性、實用性，必須對礦區(qū)基礎地理信息進行及時更新，這就給礦山測量工作者提出了礦山地理信息采集口——地質(zhì)測量集成平臺開發(fā)的新課題。為此，礦山組織測繪及計算機技術(shù)骨干，研發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的德興銅礦地質(zhì)測量集成平臺。平臺系統(tǒng)以AutoCAD2000為基本應用環(huán)境，以全新的ObjectARX2000作為開發(fā)工具,利用Microsoft Visal C++6.0、PowerBuilder8.0(DiCe.exe)為基礎面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境及應用程序接口，后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用最新版的SQL Server2000，Microsoft面向分布式客戶機/服務器計算的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS），是一種跨平臺的交互式語言。軟件的操作系統(tǒng)為WindowsXP。使平臺實現(xiàn)如下功能：（1）實現(xiàn)觀測方法的設置、控制點的管理、后方交會觀測數(shù)據(jù)和碎部點數(shù)據(jù)的輸入、后方交會的數(shù)據(jù)計算，能實現(xiàn)支點極坐標的計算，形成統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)庫；（2）能快捷調(diào)用測量碎部點數(shù)據(jù)作出月末驗收線并保存，依據(jù)月末驗收線及底板高程數(shù)據(jù)，計算采礦量、存礦量、出礦量，可編輯繪制出月末采區(qū)、排土場、尾礦庫現(xiàn)狀圖；可及時更新礦山地理信息數(shù)據(jù)庫，確保礦區(qū)地理信息的現(xiàn)勢性、實用性，滿足礦山生產(chǎn)設計的需要。

4 采區(qū)邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的應用［5］

露天采區(qū)邊坡的穩(wěn)定是采礦安全高效生產(chǎn)的前提，采區(qū)邊坡監(jiān)測是測量工作者對礦山安全工作的重要貢獻之一，邊坡監(jiān)測不論采用全站儀常規(guī)測量還是采用GPS的無人值守觀測，采集的坐標數(shù)據(jù)均可生成不同時段的Excel數(shù)據(jù)，邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)就是基于Excel數(shù)據(jù)完成測點垂直沉降、水平位移等變形過程、變形速度及報警的窗口形象顯示系統(tǒng)。目前已在該礦露天采區(qū)邊坡變形監(jiān)測工作中廣泛應用，極大地提高了礦山邊坡監(jiān)測后期數(shù)據(jù)處理與穩(wěn)定性分析的工作效率。

5 礦山管線信息系統(tǒng)的建立與應用［6］

礦山采礦、選礦、尾礦輸送、生產(chǎn)、生活水的供給與排放等各種工業(yè)管線、地下隱蔽工程均為礦山生產(chǎn)建設過程中不可或缺的工業(yè)血脈信息，建立管線信息系統(tǒng)，為礦山生產(chǎn)建設有序管理與日后維修創(chuàng)造條件。礦山管線包括架空管線與地下管線。

架空管線地理信息的采集：野外進行實地調(diào)查時，將調(diào)查的各種管線參數(shù)及網(wǎng)絡關系標繪在1∶1000地形工作圖上；RTK GPS實測管線特征點的三維坐標；最后將結(jié)果輸入計算機系統(tǒng)，并標注相應的參數(shù)。

地下管線地理信息的采集：用SUBSITE 65和RD 400 PXL專業(yè)管線探測儀，運用電磁法探測上水管、下水管（溝）、動力電纜、熱力管、酸性水輸送管、尾礦輸送管、精礦輸送管等金屬管線；非金屬管線（溝）采用探測與調(diào)查相結(jié)合的方法標測。地下管線特征點的三維坐標RTK GPS按要求實測。探測結(jié)果通過不同的顏色標記在CAD圖上，匯審管線有無遺漏、網(wǎng)絡關系是否正確等；最后以武勘院開發(fā)的《青山智能測繪與管理系統(tǒng)》（簡稱“青山智繪SMS”）為平臺，結(jié)合礦山實際，以ODBC為數(shù)據(jù)接口，能與CAD的標準交換文件（dxf）、地理信息系統(tǒng)軟件Mapinfo的交換文件（mif）直接轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出，提供多種繪圖、編輯工具，方便快捷地對系統(tǒng)數(shù)據(jù)、圖形進行增加、刪除、修改、替換、標注，實現(xiàn)管線幾何、空間、屬性數(shù)據(jù)查詢；能進行管線碰撞分析，可統(tǒng)計出緩沖區(qū)內(nèi)的建構(gòu)筑物的數(shù)量、面積等；可根據(jù)分層情況，生成各種地下管線專題圖、專業(yè)圖，也可選取多圖層疊加生成綜合圖；并成功應用于礦山建設工程中。

6 總圖信息動態(tài)管理系統(tǒng)及其派生的專題現(xiàn)狀圖

基于礦區(qū)基礎地理信息系統(tǒng)，對礦區(qū)總圖分層、分塊，根據(jù)礦山地質(zhì)測量集成平臺生成的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，及時更新，按照礦山生產(chǎn)建設目的的不同，通過改變地理信息數(shù)據(jù)的特性，按照專題屬性不同分層、分塊，刪層、刪塊，編制出諸如：礦山環(huán)保設施布置圖、安全危險源分布圖、土地征地界線與復墾專題現(xiàn)狀圖，采區(qū)及排土場現(xiàn)狀圖，尾礦庫現(xiàn)狀圖等用途不一的專題圖件及數(shù)據(jù)庫，極大地滿足礦山生產(chǎn)發(fā)展的需要。

7 新技術(shù)在礦山測量的應用方向

綜上所述，在科技大發(fā)展的今天，礦山露天礦山地理信息系統(tǒng)在廣大礦山測量工作者的不懈努力下初具規(guī)模。但我們也應清醒看到，當今礦山測量技術(shù)的進步在發(fā)展層面上已充分應用了光電技術(shù)與計算機技術(shù)，然而在無人機數(shù)字航空攝影測量技術(shù)［7］、雷達邊坡變形監(jiān)測技術(shù)［8］等一系列的新學科、新技術(shù)應用層面上做的還不夠。為此，我們還需努力的方向是：

（1）近年來，我國在無人機航空攝影測量系統(tǒng)方面也蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)在的無人機航測系統(tǒng)具有影像分辨率高、升空準備時間短、操作控制容易、起降場地要求低、作業(yè)效率高的特點，很好地解決了傳統(tǒng)地形圖測繪面臨的困難，航測也成為地形圖測繪的新趨勢。為此，應積極推廣應用先進的無人機數(shù)字航空攝影測量技術(shù)，進行礦區(qū)現(xiàn)狀圖測繪、礦山作業(yè)量測量驗收，礦山資源開發(fā)、排土場、尾礦庫等地質(zhì)監(jiān)測方面，鐵運、220kV高壓線路的巡視等，大大提高了礦山發(fā)展對地理信息數(shù)據(jù)更新的要求，在礦山地理信息更新工作中作出新貢獻，從而更好地服務礦山生產(chǎn)。

（2）推廣雷達技術(shù)在露天邊坡變形監(jiān)測中的應用

目前邊坡變形監(jiān)測雷達技術(shù)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)獲得廣泛的應用，這項新的技術(shù)與傳統(tǒng)邊坡變形監(jiān)測方法相比，使用雷達進行邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測有以下優(yōu)點：

①監(jiān)測精度高，雷達能以毫米以下級精度獲取邊坡變形數(shù)據(jù)；

②測量可覆蓋整個邊坡；

③系統(tǒng)可自動獲得或讀取已有的DTM（數(shù)字地形圖）數(shù)據(jù)，兼容多種GIS數(shù)據(jù)，在三維環(huán)境下顯示監(jiān)測結(jié)果；

④空間分辨率高，能監(jiān)測到被測區(qū)域表面很小的區(qū)域變形，采樣間隔短，方便確定目標監(jiān)測區(qū)內(nèi)最大位移發(fā)生的位置，便于風險管理，可避免常規(guī)監(jiān)測中常發(fā)生的采樣周期間隔較長和數(shù)據(jù)不連續(xù)或丟失等問題；

⑤監(jiān)測位置選擇靈活，能夠在較遠的距離對存在隱患的邊坡進行監(jiān)測；

⑥無需在被測邊坡上布設固定監(jiān)測設備，即使發(fā)生邊坡失穩(wěn)事故，也不會造成監(jiān)測設備的損失；

⑦可以對邊坡事故進行全過程的連續(xù)監(jiān)測，并能在后期對事故區(qū)域繼續(xù)監(jiān)測、評估。

總之，在科技創(chuàng)新促進礦山可持續(xù)發(fā)展與全面對標實現(xiàn)礦山提質(zhì)增效的洪流中，礦山測量工作者要不斷自我加壓，不斷努力，建立健全現(xiàn)勢性強、功能強大、方便快捷的露天礦山地理信息系統(tǒng)，為礦山安全高效地組織礦山生產(chǎn)，為加快建設智能礦山貢獻我們測量人的聰明才智！