露天礦山測(cè)繪地理信息系統(tǒng)的建立研究與實(shí)踐

賀 萍

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250100）

礦山資源屬于不可再生的資源，在開采、開發(fā)中只有遵循持續(xù)發(fā)展理念并借助一定方法和技巧，才能更好地對(duì)其進(jìn)行挖掘和利用。在信息迅猛發(fā)展的形勢(shì)下，與日俱增的礦山工程和礦山需求使得淺層礦山資源被過度開發(fā)，從而加大了開采難度，加之深部找礦技術(shù)尚未完善，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源已然成為稀缺性資源之一，同時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)已無法滿足信息時(shí)代礦山資源挖掘需求。

鑒于此，相關(guān)部門應(yīng)在結(jié)合礦山情況的基礎(chǔ)上，在露天礦山測(cè)繪中建立地理信息系統(tǒng)，并將其有效實(shí)踐到測(cè)繪中，提高測(cè)繪的精準(zhǔn)度，為深部礦山資源挖掘、開采提供重要技術(shù)保障。

1 地理信息系統(tǒng)概述

地理信息系統(tǒng)指的是可對(duì)地理信息、地理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集的一種系統(tǒng)，其中不僅包含地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)等專業(yè)性的內(nèi)容和技術(shù)，而且可在收集、測(cè)量空間地理信息的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行高效處理，以此確保測(cè)量數(shù)據(jù)更具準(zhǔn)確性。通過地理信息系統(tǒng)，工作人員可對(duì)我國各地區(qū)信息進(jìn)行查詢，并充分了解不同地區(qū)信息的狀況，確保在礦山測(cè)繪、開采的過程中可充分掌握各項(xiàng)地理性數(shù)據(jù)，從而提高露天礦山測(cè)繪質(zhì)效，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 地理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

就地理信息系統(tǒng)特點(diǎn)而言，主要包括多源特性、時(shí)空特性、不確定特性三個(gè)方面。第一：多源特性。地理信息系統(tǒng)涉及領(lǐng)域相對(duì)廣闊，且來源及載體較為豐富。第二：時(shí)空特性。地理信息系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需充分考慮時(shí)空緯度，且及時(shí)更換相關(guān)數(shù)據(jù)。第三：不確定特性。地理信息系統(tǒng)進(jìn)行露天礦山測(cè)繪時(shí)需整合測(cè)量數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，但由于測(cè)量技術(shù)較為豐富，且數(shù)據(jù)不確定性顯著，因此應(yīng)用地理信息系統(tǒng)時(shí)存在不確定特性。就地理信息系統(tǒng)功能而言，主要包括五個(gè)方面，具體如下所述：第一，在進(jìn)行礦山測(cè)繪時(shí)應(yīng)用地理信息系統(tǒng)可分析礦區(qū)環(huán)境，并有效、實(shí)時(shí)監(jiān)控礦山資源開采過程。第二，可有效收集礦區(qū)數(shù)據(jù)，并及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理、分析。第三，可實(shí)現(xiàn)礦區(qū)3D建模目標(biāo)，可同時(shí)進(jìn)行開采活動(dòng)和研究活動(dòng)，優(yōu)化了可視性效果。第四，可為礦井開采提供科學(xué)、合理、可靠信息，為礦山測(cè)繪災(zāi)害預(yù)防提供精準(zhǔn)信息，從而滿足礦井管理要求和生產(chǎn)要求。第五，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的合作模式，從而科學(xué)決斷礦山的開采情況[1]。

2 地理信息系統(tǒng)在露天礦山測(cè)繪中應(yīng)用前景分析

2.1 多元化

無論是勘探露天礦山還是開采礦產(chǎn)資源，均需要收集多元化的信息，而進(jìn)行露天礦山測(cè)繪時(shí)收集信息包括測(cè)量礦井地理信息、礦區(qū)周邊信息等。在開采礦區(qū)時(shí)需了解礦井開采條件和內(nèi)部信息，在礦區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)需了解生產(chǎn)周期和資源總量等，由這些工作可知地理信息系統(tǒng)運(yùn)作中會(huì)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)儲(chǔ)存勘測(cè)信息，通過統(tǒng)一的存儲(chǔ)、管理，讓工作人員可結(jié)合這些信息制定露天礦山測(cè)繪的規(guī)劃和進(jìn)度，以此提高測(cè)繪質(zhì)量及進(jìn)度。地理信息系統(tǒng)通過融合計(jì)算機(jī)等技術(shù)，可在實(shí)現(xiàn)地理信息測(cè)量、三維圖創(chuàng)建（如圖2所示）的同時(shí)，充分發(fā)揮其多元功能來演示露天礦山測(cè)繪，在連接網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、其它系統(tǒng)后，分析礦山測(cè)繪工作流程和存在問題，并將其傳送到平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)資源共享目標(biāo)。同時(shí)，在各系統(tǒng)平臺(tái)信息互通作用下，有需求的平臺(tái)會(huì)被納入露天礦山測(cè)繪系統(tǒng)中，有效結(jié)合礦山測(cè)繪、開采和經(jīng)營等相關(guān)工作，不僅實(shí)現(xiàn)多元化工作有效運(yùn)行，而且以此為基礎(chǔ)構(gòu)建共享信息平臺(tái)，加大礦山測(cè)繪溝通力度，從而有序推進(jìn)礦山測(cè)繪工作[2]。

圖2 三維圖在露天礦山測(cè)繪中的應(yīng)用

2.2 一體化

地理信息系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，可通過折現(xiàn)系統(tǒng)的使用來存儲(chǔ)、分析礦山測(cè)繪地理信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，并借助三維圖展示礦山的內(nèi)部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)開采方案制定、生產(chǎn)工作安排協(xié)同進(jìn)行的目標(biāo)。同時(shí)，在進(jìn)行露天礦山測(cè)繪后，可及時(shí)更新礦山數(shù)據(jù)及地理環(huán)境，并通過地理信息系統(tǒng)推進(jìn)礦區(qū)工作完善化、一體化發(fā)展。

2.3 信息化

就目前地理信息系統(tǒng)而言，在露天礦山測(cè)繪中的應(yīng)用還包括數(shù)據(jù)庫、空間分析兩方面，因此可通過開發(fā)、構(gòu)建決策系統(tǒng)推進(jìn)地理信息系統(tǒng)信息化發(fā)展。決策系統(tǒng)不僅能保障礦山環(huán)境的保護(hù)、治理和評(píng)價(jià)等相關(guān)工作，而且能通過融合信息化的內(nèi)容，為地理信息系統(tǒng)信息化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，使其能為露天礦山測(cè)繪提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

3 露天礦山測(cè)繪地理信息系統(tǒng)的建立及應(yīng)用

3.1 礦區(qū)地理信息系統(tǒng)建立

在建立礦區(qū)地理信息系統(tǒng)前，首先需結(jié)合地形繪制出比例為1∶1000的地形圖，在分辨率為300dpi模式下逐一進(jìn)行黑白掃描，使其成為bmp格式的圖片；其次由EPSCAN 2000通過矢量化的平臺(tái)掃描，使其具備數(shù)字化特征并成為dwg格式文件；再次以圖幅編號(hào)為依據(jù)進(jìn)庫，并在 CAD示意圖總平面中借助CAD插入菜單中的超鏈接等工具來完成數(shù)據(jù)庫全部圖幅GIS鏈接，從而形成礦區(qū)地理信息系統(tǒng)；最后上傳至礦山的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并授權(quán)給特定用戶，其可根據(jù)密碼、用戶名對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用，進(jìn)而用于露天礦山測(cè)繪及生產(chǎn)中。

3.2 礦山管線信息系統(tǒng)建立

露天礦山選礦、采礦、輸送尾礦、供給和排放生產(chǎn)生活用水均離不開各類管線及隱蔽地下工程，因此建立礦山管線信息系統(tǒng)可為有序開展礦山生產(chǎn)、礦山管理、日常維修等工作提供保障。

礦山管線信息系統(tǒng)建立包括采集架空管線、地下管線的地理信息。首先，在采集架空管線的地理信息時(shí)，應(yīng)進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查工作，并將調(diào)查管線參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系有序標(biāo)繪于比例為1∶1000地形圖上，之后借助RTK GPS對(duì)管線三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，最后在系統(tǒng)中輸入測(cè)量結(jié)果，標(biāo)注對(duì)應(yīng)參數(shù)；其次，在采集地下管線的地理信息時(shí)，應(yīng)借助RD 400 PXL或者SUBSITE 65探測(cè)儀對(duì)精礦及尾礦的輸送管、上下水管以及動(dòng)力電纜等金屬性管線進(jìn)行探測(cè)，結(jié)合調(diào)查和探測(cè)對(duì)非金屬性管線進(jìn)行標(biāo)測(cè)，之后借助RTK GPS對(duì)管線三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，在CAD圖中標(biāo)記測(cè)量的結(jié)果，最后以SMS智繪作為平臺(tái)，以O(shè)DBC作為接口，對(duì)數(shù)據(jù)及圖形進(jìn)行標(biāo)注、刪除、增加、替換和修改，從而實(shí)現(xiàn)管線查詢目標(biāo)，通過管線碰撞等分析工作，生成地下管線各類專業(yè)圖和專題圖，進(jìn)而將其用于露天礦山測(cè)繪和生產(chǎn)中。

3.3 露天礦山測(cè)繪地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

在露天礦山測(cè)繪中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)包括礦山設(shè)計(jì)及礦床的地質(zhì)勘探、露天礦山生產(chǎn)計(jì)劃的編制、露天礦山生產(chǎn)管理工作的開展、露天礦山測(cè)繪安全性的提高、數(shù)據(jù)的采集處理及分析管理五個(gè)方面。

（1）露天礦山設(shè)計(jì)及礦床的地質(zhì)勘探。通過應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，可構(gòu)建出龐大信息數(shù)據(jù)庫，在有效結(jié)合礦山設(shè)計(jì)及礦床的地質(zhì)勘探工作時(shí)，提升露天礦山測(cè)繪效率和質(zhì)量。同時(shí)，地理信息系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可有效解決各類安全隱患，在滿足測(cè)繪需求的同時(shí)，為礦山設(shè)計(jì)及礦床的地質(zhì)勘探提供合理、科學(xué)的數(shù)據(jù)，為有序開展礦山地質(zhì)勘探工作提供保障。另外，在設(shè)計(jì)復(fù)雜礦山地質(zhì)、地理環(huán)境時(shí)，會(huì)由于受復(fù)雜環(huán)境因素影響而出現(xiàn)各類問題，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)則能更有效應(yīng)對(duì)和解決各類問題。

（2）編制露天礦山生產(chǎn)計(jì)劃。通過在露天礦山運(yùn)行中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，可更為明確礦山物質(zhì)儲(chǔ)存實(shí)際量，從而合理規(guī)劃礦山分布整體形式。同時(shí)，工作人員在編制礦山生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，需要考慮多方面因素以及大量信息數(shù)據(jù)，而應(yīng)用地理信息系統(tǒng)則能有效獲取礦床的實(shí)際勘探結(jié)果、測(cè)量數(shù)據(jù)，確保編制計(jì)劃更具科學(xué)性和合理性。同時(shí)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸目標(biāo)，工作人員通過及時(shí)獲取數(shù)據(jù)信息可對(duì)礦山生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，為提高礦山各項(xiàng)工作質(zhì)量提供保障[3]。

（3）開展露天礦山生產(chǎn)管理工作。就目前而言，工作人員應(yīng)用地理信息系統(tǒng)制定了更為科學(xué)和詳細(xì)的管理制度和應(yīng)對(duì)策略。通過在露天礦山測(cè)繪中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，可有效記錄、存儲(chǔ)礦山生產(chǎn)中各類數(shù)據(jù)和信息，工作人員通過參照這些信息可更有效整理生產(chǎn)問題、科學(xué)制定應(yīng)對(duì)策略，從而為礦山高效開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)可幫助技術(shù)人員制定詳細(xì)數(shù)據(jù)庫，在及時(shí)優(yōu)化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，合理安排露天礦山測(cè)繪及生產(chǎn)工作，在確保測(cè)繪質(zhì)量的同時(shí)提升礦山的生產(chǎn)效率。另外，基于地理信息系統(tǒng)工作人員可有效處理、規(guī)劃、查詢礦山測(cè)繪數(shù)據(jù)，有效掌握礦山測(cè)繪情況和生產(chǎn)狀況，從而更高效規(guī)劃日常工作和管理工作，提高礦山管理水平、測(cè)繪質(zhì)量。

（4）提高露天礦山測(cè)繪安全性。應(yīng)用地理信息系統(tǒng)可有效獲取礦山內(nèi)部地質(zhì)變化的情況，及時(shí)收集、有效分析相關(guān)數(shù)據(jù)，制定應(yīng)對(duì)策略，從而提高測(cè)繪安全性。在開展露天礦山測(cè)繪相關(guān)工作時(shí)，會(huì)由于受到地下壓力、當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、氣候等因素影響，而出現(xiàn)斷裂縫隙情況，進(jìn)入的粉塵則嚴(yán)重影響礦山開采質(zhì)量。因此，工作人員可通過地理信息系統(tǒng)來對(duì)安全隱患進(jìn)行規(guī)劃，在發(fā)生危險(xiǎn)事件前制定科學(xué)應(yīng)對(duì)方案和管理制度，從而最大限度降低露天礦山測(cè)繪所受影響，確保生產(chǎn)人員安全[4]。另外，在建立和應(yīng)用地理信息系統(tǒng)時(shí)，工作人員應(yīng)結(jié)合礦山實(shí)際情況來優(yōu)化信息系統(tǒng)，在確保數(shù)據(jù)全面性、科學(xué)性的同時(shí)，提升礦山測(cè)繪價(jià)值和安全性能，并在應(yīng)用過程中不斷完善礦山安全設(shè)施，從而提高地理信息系統(tǒng)安全防護(hù)價(jià)值和質(zhì)量。

（5）數(shù)據(jù)的采集處理及分析管理。第一，數(shù)據(jù)采集。地理信息系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時(shí)，內(nèi)容較為復(fù)雜且流程極為繁瑣，因此在實(shí)踐中工作人員需及時(shí)對(duì)地理信息系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行匯總、設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)具有時(shí)效性。地理信息系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時(shí)可選擇方法較多，工作人員可選擇定位系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)局部采集和定時(shí)更新，并以此為基礎(chǔ)設(shè)定檢測(cè)的坐標(biāo)，從而確保露天礦山測(cè)繪中數(shù)據(jù)采集的合理性和科學(xué)性。同時(shí)，工作人員可借助掃描儀、數(shù)字設(shè)備來開展資料普查及數(shù)據(jù)采集工作，確保不同數(shù)據(jù)可作為獨(dú)立個(gè)體存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫內(nèi)[5]。第二，數(shù)據(jù)處理。在加工、處理地理信息系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)時(shí)，工作人員應(yīng)以便捷為主要目標(biāo)。在加工地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的過程中，應(yīng)將露天礦山測(cè)繪對(duì)象屬性和特征明確化，通過結(jié)合測(cè)繪實(shí)際情況來了解測(cè)繪數(shù)據(jù)特征、時(shí)間特征等，在掌握測(cè)繪對(duì)象實(shí)用價(jià)值和空間特征的基礎(chǔ)上，確保露天礦山測(cè)繪更優(yōu)質(zhì)和高效。在處理地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的過程中，應(yīng)做好誤差分析工作，以避免運(yùn)行中出現(xiàn)誤差。同時(shí)，工作人員需做好投影地圖，借助處理數(shù)據(jù)來規(guī)劃更為科學(xué)的坐標(biāo)，以便后期數(shù)據(jù)快捷查找。第三，數(shù)據(jù)分析管理。為了確保地理信息系統(tǒng)能更有效發(fā)揮在露天礦山測(cè)繪中的實(shí)踐作用，工作人員可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效分析和管理目標(biāo)。露天礦山測(cè)繪中的數(shù)據(jù)分析起著極為重要的作用，借助地理信息系統(tǒng)來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可為測(cè)繪科學(xué)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，工作人員應(yīng)以統(tǒng)計(jì)學(xué)和圖論作為基礎(chǔ)，來分析數(shù)據(jù)空間結(jié)構(gòu)，從而更科學(xué)規(guī)劃露天礦山測(cè)繪工作。在大數(shù)據(jù)背景下，地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)打破文件管理形式，對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、儲(chǔ)存，并規(guī)劃數(shù)據(jù)管理庫和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從而更好地發(fā)揮露天礦山測(cè)繪中數(shù)據(jù)庫功能，實(shí)現(xiàn)屬性、圖形間良好轉(zhuǎn)化目標(biāo)。

總之，科技性更高、創(chuàng)新性更強(qiáng)的地理信息系統(tǒng)在露天礦山測(cè)繪中起著重要作用，工作人員應(yīng)合理應(yīng)用地理信息系統(tǒng)來制定科學(xué)測(cè)繪方案和生產(chǎn)制度，合理規(guī)劃露天礦山開采計(jì)劃，從而優(yōu)化礦山的測(cè)繪質(zhì)量和開采效果。

4 結(jié)語

總而言之，地理信息系統(tǒng)含有完整的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其在露天礦山測(cè)繪中的應(yīng)用可最大限度提高測(cè)繪工作空間分析的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)露天礦山測(cè)繪合理規(guī)劃、科學(xué)決策、高效設(shè)計(jì)以及嚴(yán)謹(jǐn)工作等目標(biāo)。因此，相關(guān)部門在進(jìn)行露天礦山測(cè)繪時(shí)應(yīng)加大對(duì)地理信息系統(tǒng)建立和實(shí)踐的研究力度，制定更為科學(xué)的測(cè)繪方案，充分發(fā)揮地理信息系統(tǒng)測(cè)繪功能，在節(jié)約資金、人力、物力成本的同時(shí)，提高測(cè)繪的精準(zhǔn)性、時(shí)效性、工作質(zhì)效，從而為我國露天礦山測(cè)繪長遠(yuǎn)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。