探析礦山地質(zhì)測量中GIS數(shù)字測繪技術(shù)的有效應(yīng)用

甘承萍

(1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061； 2. 青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810001)

0 前 言

地質(zhì)測量是一項艱苦的工作，對測量人員的身體素質(zhì)、知識水平以及對測量數(shù)據(jù)的準確性都有更高要求，地質(zhì)人員的工作量大，任務(wù)繁重，每完成一項工作都要耗費很大的人力物力。所以，需要借助新技術(shù)來減少地質(zhì)人員的工作量，提高測量工作效率。GIS憑借其自身的技術(shù)優(yōu)勢被應(yīng)用到地質(zhì)工作中，并起到了很大的積極作用，給地質(zhì)工作帶來了便利。

1 技術(shù)介紹

GIS是一種測量技術(shù)，能夠根據(jù)地理條件建立圖像展示系統(tǒng)，把收集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)以圖像形式表示出來，能夠幫助人們直觀了解到地質(zhì)狀況。因此，該技術(shù)不僅是在地質(zhì)工作中有重要作用，在其他的工程建設(shè)中也廣受歡迎。

該技術(shù)在我國應(yīng)用較晚，在地質(zhì)工作中的應(yīng)用主要有三方面：管理數(shù)據(jù)、三維轉(zhuǎn)換以及空間分析。該系統(tǒng)可以和其他測量系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，并建立三維模型，展現(xiàn)地質(zhì)狀況。

2 GIS應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 影響

GIS可以提高測量準確度，簡化測量過程。在應(yīng)用該技術(shù)以前，地質(zhì)人員通常是依靠人力測量，工作進度緩慢，費時長，如果礦山規(guī)模較大，不僅需要更多人力和設(shè)備，而且測量難度大，人員管理和工作管理都有很大問題。人工測量時，對地質(zhì)信息掌握有限，在遇到狀況不明、構(gòu)造復(fù)雜的地質(zhì)時，貿(mào)然進入測量還可能發(fā)生意外，威脅工作人員安全，測量到的信息也不夠準確[1]。而應(yīng)用了該技術(shù)后，可以提前測量和收集礦山信息，分析礦山地質(zhì)構(gòu)造情況，讓工作人員增加對工作環(huán)境的了解，在安全范圍內(nèi)進行測量工作。GIS具有初步分析能力，可以根據(jù)地質(zhì)信息來評估測量工作的過程、結(jié)果等內(nèi)容，分析測量工作的重難點部分。

2.2 優(yōu)勢

1)虛擬化

圖像可以幫助地質(zhì)人員更清晰地了解礦山信息，熟悉工作環(huán)境，GIS利用數(shù)字技術(shù)，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，用三維圖模擬礦山真實狀況，在虛擬圖像上模擬測量、開采等，演示工作的具體操作內(nèi)容，可以提前看到工作中的難點問題，清楚工作方案中存在的不足。通過這種虛擬操作，地質(zhì)人員不用進行實地操作就可以確定科學(xué)的操作方案，避免了在工作中可能出現(xiàn)的重大失誤[2]。

2)精確化

GIS中的數(shù)據(jù)準確，成像接近礦山真實情形，對圖像的處理過程也與在礦山中的實際操作相近，可以根據(jù)圖像細化操作細節(jié)，使實際測量工作差異小，準確性高，能夠反映出礦山地質(zhì)的真實狀況，提升了地質(zhì)工作的質(zhì)量，地質(zhì)人員有了更好的操作安全保障。

3)模型化

GIS可以根據(jù)地質(zhì)工作要求建立數(shù)據(jù)模型，得出不同的分析結(jié)果。比如，要分析礦山地質(zhì)狀況，模型就會根據(jù)這一需求分析數(shù)據(jù)，得出關(guān)于地質(zhì)信息的數(shù)據(jù)，比如該地區(qū)是否存在特殊類型的地質(zhì)等；要分析資源分布狀況，通過模型運算就會得出各地區(qū)資源信息[3]。通過將數(shù)據(jù)模型化，可以幫助地質(zhì)人員快速得到目的信息，并在模型中將測量、開采等工作內(nèi)容加進去，可以利用模型幫助設(shè)計工作流程，確定方案。

3 技術(shù)要點

3.1 權(quán)限要求

地質(zhì)信息對我國的資源開采、分配、利用等工作都很重要，在GIS中存有我國各地區(qū)的礦山地質(zhì)信息、資源信息、開采信息等，這些信息不能被人隨意獲取，所以要在GIS系統(tǒng)中設(shè)置訪問權(quán)限，對不同機構(gòu)和需求的人設(shè)定不同等級的權(quán)限，要求該系統(tǒng)中的用戶提供真實有效的信息，提高信息保護的安全級別，防止地質(zhì)資源信息被違法盜取。

3.2 數(shù)據(jù)保護

系統(tǒng)所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境容易受到不法分子的攻擊，威脅系統(tǒng)安全性，所以，要加強系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性，設(shè)置安全警報，在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)受到攻擊時警示工作人員及時處理，保護數(shù)據(jù)安全。

4 技術(shù)應(yīng)用

4.1 發(fā)展三維GIS

GIS的三維技術(shù)能夠存儲更大容量的數(shù)據(jù)，為地質(zhì)測量提供更多的測量信息，就像一只裝著所有工具的操作箱，工作人員可以從中提取各類地質(zhì)信息，測量工作變得更加容易[4]。三維GIS是在二維技術(shù)層面上研究改進而來的，拓展了二維GIS的空間位置，增加了拓撲關(guān)系，利用Sketch UP這種3D軟件建立三維模型圖，這種建模方法具有量化性，符合數(shù)據(jù)實際情況。模型建立好以后，數(shù)據(jù)被導(dǎo)入Arc SDE數(shù)據(jù)庫中，利用GIS系統(tǒng)三維模式中的拓展模塊來分析數(shù)據(jù)。這種技術(shù)能收集三維坐標軸上所有方向上的數(shù)據(jù)，得到的地質(zhì)信息更“立體”，給工作人員提供了很大的參考價值。他可以適應(yīng)大多數(shù)地質(zhì)測量環(huán)境，適用性更強，對數(shù)據(jù)的測量和收集都有很高的準確度，技術(shù)操作簡便易學(xué)、效率高，所以相比于二維技術(shù)來說，這種技術(shù)更具優(yōu)勢，在地質(zhì)測量中價值更大。

4.2 建立信息系統(tǒng)

在GIS技術(shù)上增加對礦山地質(zhì)信息的處理過程，形成礦山信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含與礦山有關(guān)的各類地質(zhì)信息，比如，礦山的地形狀況、礦山測量地點的環(huán)境條件、礦山測量的所有資料、測量的方法和手段、礦山被開采的程度、礦井周圍及上下所有的地質(zhì)信息，礦山周圍的建筑情況、建筑對礦山開采的影響等[5]。該系統(tǒng)將這些信息都準確錄入數(shù)據(jù)中心，根據(jù)礦山種類分類存儲，可以快速查詢到各地區(qū)礦山周圍的地質(zhì)信息，提取和利用都很方便。該系統(tǒng)還可以對礦山的考察、勘探、開采、生產(chǎn)到最終的管理、經(jīng)營等過程的情況跟蹤記錄，更新整個過程中礦山地質(zhì)的變化信息，將變更后的數(shù)據(jù)傳入存儲中心并自動代替已經(jīng)廢棄的信息數(shù)據(jù)，將變化過程通過圖示的方式表示出來，讓地質(zhì)工作者清晰地了解到礦山地質(zhì)的變化過程，便于他們研究和管理礦山信息。此外，該系統(tǒng)還可以和各類測量儀器連接起來，比如GPS接收器、經(jīng)緯儀等，然后獲取儀器中的測量數(shù)據(jù)，增加測量儀器的智能程度，隨著地質(zhì)信息的不斷變更，需要收集和處理的數(shù)據(jù)也會增多，該系統(tǒng)也會隨之不斷革新以適應(yīng)需求變化。

4.3 建立數(shù)據(jù)模型

GIS數(shù)據(jù)收集平臺包含數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)更新工具，包含了能夠顯示數(shù)據(jù)基本屬性的“倉庫”文件，通過GIS前端技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)靠二維編碼技術(shù)來實現(xiàn)信息交換，通過同碼符、數(shù)據(jù)附屬性質(zhì)、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)方向、軸線表示、數(shù)據(jù)標識、數(shù)據(jù)框架、骨架線、注記信息等來定義GIS中的數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)從各類測量儀器中收集到礦山信息后，建立模型，經(jīng)過模型分析，可以甄別出與一般地質(zhì)狀況不同的地質(zhì)信息，然后再結(jié)合從其他地質(zhì)數(shù)據(jù)中探究出來的規(guī)律，著重研究這些特殊的地質(zhì)狀況[6]。比如，該系統(tǒng)可以收集到礦山三維數(shù)據(jù)，然后建立三維模式的礦山模型，將礦山各個角度的地質(zhì)信息顯示在模型中，將礦山信息表達得一清二楚，能夠幫助測量人員快速劃定礦山范圍，確定具體位置，找到更多的資源，幫助和指導(dǎo)礦產(chǎn)的開采和利用工作。

4.4 管理測量信息

測量信息包含內(nèi)容多，比如，測量過程中收集到的地質(zhì)測量數(shù)據(jù)、礦山資源分布范圍、開采時礦山信息的變更、開采進度數(shù)據(jù)、周圍建筑信息及對開采工作的影響分析、礦山整體信息的測量圖、紙質(zhì)材料以及系統(tǒng)電子檔案等。地質(zhì)人員通過這些信息可以了解到各地礦產(chǎn)的分布以及礦山地質(zhì)的普遍特征，從而可以分配已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源，并根據(jù)地質(zhì)信息推測可能含有礦產(chǎn)資源的礦山位置。然而這些信息數(shù)據(jù)量大，管理困難，需要一個統(tǒng)一便捷的管理平臺，GIS中的數(shù)據(jù)庫存儲空間大，能夠?qū)⑦@些信息全部存儲在數(shù)據(jù)中心，根據(jù)地區(qū)、地質(zhì)條件或者礦山種類，將它們歸入不同的類別，在查詢和提取時都更方便[7]。該平臺把所有的地質(zhì)信息都統(tǒng)一存儲在一起，使地質(zhì)人員在管理地質(zhì)數(shù)據(jù)時更加有條不紊，可以隨時通過該平臺了解礦山的測量、開采等信息，并且該系統(tǒng)可以隨時對數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行分析、整理、變更，地質(zhì)人員可以借助該系統(tǒng)建立起一個連接全國的地質(zhì)數(shù)據(jù)管理中心，各地區(qū)的地質(zhì)人員可以實現(xiàn)信息互通和經(jīng)驗共享，數(shù)據(jù)管理更方便、更系統(tǒng)。

4.5 建立資源系統(tǒng)

礦山資源系統(tǒng)可以利用數(shù)字技術(shù)建立礦山仿真圖，將礦山的地質(zhì)狀況、資源分布等信息通過計算機制成其三維模式圖，在此基礎(chǔ)上可以模擬礦山的測量、開采工作，提前預(yù)計測量和開采工作中的重難點，討論解決辦法?？梢酝ㄟ^該系統(tǒng)向所有的地質(zhì)人員演示測量工作和開采工作的整個過程，讓他們提前了解操作內(nèi)容，熟悉工作環(huán)境，增加對地質(zhì)工作的可控性，簡化地質(zhì)工作，保障地質(zhì)人員的工作安全。但是目前該系統(tǒng)還在研發(fā)，仿真圖的建立也還并未實現(xiàn)，但是GIS的三維技術(shù)已經(jīng)具有了預(yù)期的大部分功能，比如，展示礦山的三維模式圖、探測礦井下的資源分布、跟蹤記錄開采過程數(shù)據(jù)、設(shè)計巷道模型、礦體模型等。在GIS基礎(chǔ)上不斷革新，將更多新型技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中，相信能很快建成全真模擬圖并實現(xiàn)其他功能，為地質(zhì)工作帶來更大的進步和變革。

4.6 建立數(shù)據(jù)分析庫

礦山數(shù)據(jù)資料中有一種特殊的影像資料，比如衛(wèi)星圖、基本圖等類型，不易管理。GIS可以將這些資料轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式，和其他數(shù)據(jù)資料一起存入系統(tǒng)，資料類型不同，系統(tǒng)也會有不同的存儲方式[8]。在處理這些影像圖片時，系統(tǒng)可以建立坐標系，將圖片保存在坐標系中，不會破壞系統(tǒng)原有的格式和數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且根據(jù)數(shù)據(jù)類型建立自動化的數(shù)據(jù)準入標準，在下次遇到同類型的數(shù)據(jù)時，能夠按照預(yù)設(shè)好的存儲方式，將數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)中，快捷方便。GIS還可以實現(xiàn)對金礦地質(zhì)信息進行分類編碼，如表1。通過這種編碼技術(shù)，可以對礦區(qū)地質(zhì)有更科學(xué)的認識，快速了解礦區(qū)地質(zhì)類型。

表1 某金礦地質(zhì)信息分類編碼

5 結(jié) 語

在地質(zhì)測量中應(yīng)用GIS可以簡化測量過程，提高測量準確度，制定更完善、科學(xué)的工作方案，利用該技術(shù)可以建立地質(zhì)信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模型以及資源信息系統(tǒng)，幫助地質(zhì)人員管理地質(zhì)信息、分析測量數(shù)據(jù)，并將結(jié)果通過圖像表示出來，工作人員可以更直觀、更清晰地了解地質(zhì)測量環(huán)境和操作過程，使地質(zhì)工作有了更大進步。

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