三維地理信息系統(tǒng)在礦山中的技術(shù)研究與應(yīng)用

周 丹

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順 561000）

目前的礦區(qū)中使用的礦山地理信息系統(tǒng)，其功能性越來(lái)越強(qiáng)，但也讓系統(tǒng)向更復(fù)雜的方向發(fā)展，對(duì)于系統(tǒng)平臺(tái)的使用有了更高的專業(yè)化要求，另外因?yàn)橄到y(tǒng)的運(yùn)算復(fù)雜程度更高，常常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的情況[1]。因此礦山地理信息系統(tǒng)未來(lái)的改進(jìn)方向就是更高的穩(wěn)定性以及人性化的操作模板，三維建模技術(shù)的應(yīng)用可以有效改善原有信息系統(tǒng)中的問(wèn)題，通過(guò)3D制圖軟件對(duì)礦區(qū)進(jìn)行建模，能有效簡(jiǎn)化礦區(qū)模型的數(shù)據(jù)量，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，普及三維建模技術(shù)的應(yīng)用有利于礦山地理信息系統(tǒng)的發(fā)展[1]。

1 三維地理信息系統(tǒng)的介紹

地理信息系統(tǒng)根據(jù)功能的不同被劃分為多個(gè)種類，其中以對(duì)于地理信息和動(dòng)態(tài)運(yùn)算功能為主流系統(tǒng)，當(dāng)然還有工程設(shè)計(jì)類和土地規(guī)劃類功能的類型，地理信息系統(tǒng)不管功能還是規(guī)模的不同，其根本核心還是數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)及運(yùn)算等管理功能。

地理信息系統(tǒng)主要通過(guò)空間建模的方式，將各種綜合數(shù)值分析出來(lái)，并通過(guò)運(yùn)算功能模擬出動(dòng)態(tài)效果，通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)各種不能實(shí)際操作或成本過(guò)高的演算。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助完成礦山地理空間建模和動(dòng)態(tài)分析工作[2]。地理信息系統(tǒng)通過(guò)地理綜合數(shù)據(jù)的采集與整理，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算以立體的方式顯示出具體世界中的地理效果，這樣地理數(shù)據(jù)比從平面圖中顯得要清晰，并且可以根據(jù)需要隨時(shí)查看建模中不同層面的信息內(nèi)容，可以根據(jù)建模測(cè)量并標(biāo)定位置，便于模擬后期的開(kāi)采工作，進(jìn)而完成對(duì)后期開(kāi)采作業(yè)等環(huán)節(jié)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

2 三維地理信息系統(tǒng)對(duì)采礦業(yè)的影響

2.1 對(duì)礦山的影響

礦山具有礦脈覆蓋范圍大，地理環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，對(duì)于各項(xiàng)礦內(nèi)工作都需要做到提前規(guī)劃，預(yù)先運(yùn)算可能的風(fēng)險(xiǎn)，提前在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不堅(jiān)固的區(qū)域進(jìn)行加固等工作，還有必須對(duì)地下水的分布和走勢(shì)等相關(guān)信息進(jìn)行分析和掌握。那么地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用就對(duì)礦山意義重大了，地理信息系統(tǒng)有助于對(duì)礦山整體數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算出相關(guān)重要信息，節(jié)省了人力勘測(cè)，減少了運(yùn)算工作中人力投入和物力投入，節(jié)省了大量的經(jīng)濟(jì)資源。

目前采礦行業(yè)的開(kāi)采設(shè)備、施工設(shè)備均已經(jīng)具備了更高的自動(dòng)化和機(jī)械化技術(shù)，隨著手動(dòng)作業(yè)的減少，其數(shù)據(jù)信息管理方面的手段明顯跟不上其他環(huán)節(jié)的節(jié)奏，因此對(duì)于數(shù)據(jù)信息管理方面的數(shù)字化建設(shè)也應(yīng)該加強(qiáng)，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與管理的同步進(jìn)行，那么做好地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用工作是目前采礦行業(yè)需要重視的方向。

2.2 地理信息系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

隨著采礦行業(yè)對(duì)地理信息系統(tǒng)重視程度的加深，對(duì)其技術(shù)方面也做出了改良，其可以與其他3D建模程序進(jìn)行配合，通過(guò)3D建模技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)施、設(shè)備的模型構(gòu)建，將構(gòu)建好的三維模型進(jìn)行布置，從而減少地理信息系統(tǒng)的運(yùn)算量。對(duì)于地形的3D建模工作是，其主要使用的建模軟件為SpacEyes3D系列的建模系統(tǒng)，通過(guò)航拍和地面測(cè)量的手段對(duì)整體地形數(shù)據(jù)采集，將收集得到的圖片通過(guò)圖像處理軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換圖片文件格式，再將轉(zhuǎn)換后的文件變?yōu)?D模型，如圖1所示，通過(guò)SpacEyes3D軟件進(jìn)行三維地形的構(gòu)建。

圖1 為三維建模后的礦山模型。

3 地理信息系統(tǒng)的創(chuàng)建

3.1 地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)

地理信息系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)搭建軟件是使用SpacEyes3D數(shù)字地球軟件，其具有良好的數(shù)據(jù)交流和三維建模引擎，可以與各種數(shù)據(jù)格式相兼容，這款軟件也是搭建地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其可以通過(guò)數(shù)據(jù)的收集和整合，快速的搭建三維效果的模型，并且在整體顯示和局部放大方面都有流暢的運(yùn)行表現(xiàn)。這款軟件的兼容性較好，可以支持的編程語(yǔ)言較多，并且有其他制圖軟件的擴(kuò)展空間，在該款數(shù)字地球軟件的基礎(chǔ)上有較大的二次開(kāi)發(fā)空間，因此以其為基礎(chǔ)構(gòu)建的地理信息系統(tǒng)可以具有良好的穩(wěn)定性。其支持多種主流編程語(yǔ)言，如C++，VB等，因此具備優(yōu)秀的構(gòu)建基礎(chǔ)。

3.2 礦山地理的三維模擬

土石方工程作為礦山開(kāi)采的前期工作，其工程量龐大，在工程進(jìn)行后對(duì)地理結(jié)構(gòu)的改變較大，在礦山地理三維模擬時(shí)，應(yīng)該對(duì)施工區(qū)域的地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并且應(yīng)該根據(jù)施工后的實(shí)際地表狀態(tài)對(duì)三維模型進(jìn)行相應(yīng)的替換。具體的操作過(guò)程如下：

首先使用Arcgis、skyline等3D制作軟件進(jìn)行對(duì)三維模型中施工區(qū)域的地形修改，比如挖掘區(qū)域和堆土區(qū)域，通過(guò)Arcgis中的三維模式進(jìn)行圖形繪制，根據(jù)具體的改變數(shù)值成階梯型編輯挖掘區(qū)域坡度，對(duì)于堆土區(qū)域通過(guò)旋渦形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行制圖，其中根據(jù)需要可以控制每層三維模塊的大小，進(jìn)而調(diào)整完整三維模型中施工區(qū)域圖像的順滑效果。

通過(guò)Arcgis修改原始三維模型后，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地表材質(zhì)進(jìn)行錄入工作，通過(guò)PS制圖軟件，處理施工現(xiàn)場(chǎng)攝錄的地表材質(zhì)圖片，對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)整，避免因?yàn)橄袼氐倪^(guò)度拉伸出現(xiàn)的圖像扭曲、模糊，應(yīng)該根據(jù)施工區(qū)域的大小，進(jìn)行劃分，將一個(gè)區(qū)域劃分成幾塊，再將PS處理后的真實(shí)地表效果圖覆蓋，逐塊的覆蓋可以防止圖片的失真，最終完成對(duì)施工區(qū)域的修改。

對(duì)原有三維模型的施工區(qū)域修改后，應(yīng)該在三維模型的施工區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，這樣有助于明確施工區(qū)域的位置，便于查看，如圖2所示。

3.3 數(shù)據(jù)的采集與管理

對(duì)于地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理應(yīng)該進(jìn)行分類，對(duì)于地理相關(guān)的數(shù)值信息通常以數(shù)字和類型進(jìn)行整理，通過(guò)表格的形式進(jìn)行分類，目前采用OFFICE辦公軟件，OFFICE辦公軟件具有強(qiáng)大的表格制作和文檔編輯工作，可以有效的與數(shù)據(jù)服務(wù)器兼容，方便數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)；對(duì)于空間數(shù)據(jù)因?yàn)槠渲兄饕菕呙钄?shù)據(jù)或數(shù)字化進(jìn)行錄入的，那么就需要根據(jù)其表現(xiàn)形式，構(gòu)建其與實(shí)體間的結(jié)構(gòu)列表。

圖2 為對(duì)施工區(qū)域的標(biāo)注效果圖

對(duì)于數(shù)據(jù)管理時(shí)，管理人員應(yīng)該及時(shí)的根據(jù)礦山運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)變動(dòng)，及時(shí)對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，需要將現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)與虛擬模型中的數(shù)據(jù)做到同步的變化，通過(guò)結(jié)構(gòu)列表能有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，提高數(shù)據(jù)管理的高效化。

4 三維地理信息系統(tǒng)要注意的問(wèn)題

因?yàn)槲覈?guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的礦山地理環(huán)境不同，在地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)，要根據(jù)不同的地理風(fēng)貌對(duì)數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行相應(yīng)的改變。因?yàn)槲覈?guó)的地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用和研發(fā)起步較晚，因此應(yīng)該多向先進(jìn)的國(guó)家學(xué)習(xí)新的技術(shù)，提高我國(guó)地理信息系統(tǒng)的技術(shù)水平，增強(qiáng)穩(wěn)定性和運(yùn)行速度，對(duì)于地理數(shù)據(jù)的采集技術(shù)也應(yīng)該改進(jìn)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的改進(jìn)，讓數(shù)據(jù)掌握的更加準(zhǔn)確和完整，進(jìn)而提高三維建模的準(zhǔn)確性。應(yīng)該提高地理信息系統(tǒng)操作人員的專業(yè)性，企業(yè)應(yīng)該定期組織先關(guān)技能的培訓(xùn)工作，進(jìn)而提供更多的專業(yè)技術(shù)人員，專業(yè)人員的加入也能更好的提高地理信息系統(tǒng)的利用率。

5 結(jié)語(yǔ)

地理信息系統(tǒng)能更好的通過(guò)三維模型來(lái)顯示礦山的當(dāng)前狀態(tài)，便于對(duì)礦山地理數(shù)據(jù)的查詢，有助于規(guī)劃后續(xù)礦山作業(yè)，將地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于礦山是合理的，也是科學(xué)管理的必然發(fā)展趨勢(shì)。目前地理管理系統(tǒng)需要注意的問(wèn)題就是保證數(shù)據(jù)采集與管理的及時(shí)性，通過(guò)礦山的實(shí)際數(shù)據(jù)，借助地理管理系統(tǒng)強(qiáng)大的三維建模工程，能讓我國(guó)的礦山工作取得更大的成績(jī)，能推動(dòng)礦產(chǎn)行業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程，進(jìn)而為國(guó)家的建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。