研究礦山測(cè)量工作當(dāng)中的地理信息系統(tǒng)技術(shù)靈活運(yùn)用

趙 虹

（福建省三明市沙縣區(qū)自然資源局，福建 三明 365050）

地理信息系統(tǒng)技術(shù)將地理結(jié)構(gòu)信息﹑地質(zhì)數(shù)據(jù)信息﹑環(huán)境綜合信息相結(jié)合，以此為基礎(chǔ)對(duì)礦山測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與處理，形成可視化﹑可量化的礦山地質(zhì)信息。同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于礦山測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析與處理，為礦產(chǎn)資源開(kāi)采日常施工與決策提供有效的支持與指導(dǎo)。本文主要針對(duì)地理信息系統(tǒng)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析，希望能為相關(guān)人員提供合理的參考依據(jù)。

1 礦山測(cè)量工作與地理信息系統(tǒng)技術(shù)介紹

1.1 礦山測(cè)量

礦山測(cè)量工作是在進(jìn)行礦山建設(shè)和礦產(chǎn)資源開(kāi)采之前與開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，為了提高開(kāi)采相關(guān)工作的工作效率，減小不必要的損耗，保證開(kāi)采工作質(zhì)量而進(jìn)行的一系列對(duì)于礦山的測(cè)繪工作。礦山測(cè)量工作的主要內(nèi)容有礦區(qū)表面控制﹑礦區(qū)地形圖繪制﹑礦體幾何圖繪制﹑礦山開(kāi)采施工跟進(jìn)測(cè)量等等。每一項(xiàng)工作內(nèi)容又有多個(gè)內(nèi)部組成部分，如礦山開(kāi)采施工跟進(jìn)測(cè)量就包括了地面上的土建工程測(cè)量﹑地面下的井下控制測(cè)量以及施工過(guò)程測(cè)量等多個(gè)組成部分[1]。礦山測(cè)量工作對(duì)于礦山的開(kāi)采與礦區(qū)的生產(chǎn)活動(dòng)起到了數(shù)據(jù)支持與指導(dǎo)的作用。在礦山開(kāi)采施工的整個(gè)過(guò)程之中，都需要持續(xù)對(duì)巖層與地表移動(dòng)的沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)性的觀察與測(cè)量，以便對(duì)于巷道和井深部分的相關(guān)建筑物沉降趨勢(shì)進(jìn)行分析，做出準(zhǔn)確的狀態(tài)判斷，以確保礦山開(kāi)采施工過(guò)程中的安全性，提高礦產(chǎn)資源的開(kāi)采效率。

1.2 地理信息系統(tǒng)技術(shù)

地理信息系統(tǒng)指的是一項(xiàng)能夠?qū)崟r(shí)收集地理信息與數(shù)據(jù)的一種新型數(shù)字信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的主要支撐包括了計(jì)算機(jī)技術(shù)﹑地圖學(xué)﹑測(cè)繪學(xué)等專業(yè)的技術(shù)與內(nèi)容，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的合理應(yīng)用，能夠有效地對(duì)地理空間信息進(jìn)行一系列的測(cè)量和收集，并以此數(shù)據(jù)做為基礎(chǔ)對(duì)礦山相關(guān)的信息進(jìn)行分析與處理[2]。

地理信息系統(tǒng)可以分為管理信息系統(tǒng)與技術(shù)信息系統(tǒng)這兩大種類。管理信息系統(tǒng)在礦山測(cè)量中的主要應(yīng)用是基于具體的地理信息進(jìn)行礦山開(kāi)采過(guò)程中的現(xiàn)代化管理。技術(shù)信息系統(tǒng)一般被稱為GIS系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)具有三個(gè)功能模塊：三維對(duì)象管理﹑三維數(shù)據(jù)管理﹑三維空間分析。在進(jìn)行礦山測(cè)量的施工過(guò)程中，專業(yè)的地質(zhì)測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)用GIS系統(tǒng)對(duì)于礦山所在的地理空間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集﹑錄入﹑傳送與展示，并建立起相應(yīng)的礦山開(kāi)采數(shù)據(jù)庫(kù)。

在GIS系統(tǒng)可以查詢到我國(guó)各個(gè)地區(qū)的信息，通過(guò)GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模型對(duì)將要進(jìn)行開(kāi)采的礦山進(jìn)行相關(guān)地理環(huán)境信息的比對(duì)，塑造出地質(zhì)空間縮微模型，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行收集與分析。在實(shí)際的礦山開(kāi)采工作開(kāi)展之前與開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于礦山的地理信息數(shù)據(jù)形成充分的，為礦山開(kāi)采工程施工做好保障與指導(dǎo)工作，增強(qiáng)了礦山測(cè)量工作與礦山開(kāi)采工作的質(zhì)量與效率。

地理信息系統(tǒng)具備比較完善的系統(tǒng)功能，在礦山測(cè)量的多個(gè)區(qū)域當(dāng)中已得到較為廣泛的應(yīng)用。專業(yè)的礦山測(cè)量技術(shù)工作人員在運(yùn)用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與錄入﹑分析與處理以及數(shù)據(jù)測(cè)算等相應(yīng)工作時(shí)，可以為礦山測(cè)量工作與礦山開(kāi)采工作提供很多值得參考的高質(zhì)量信息數(shù)據(jù)。而這些信息與數(shù)據(jù)保存在GIS的專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，對(duì)于礦山的信息可以有效地進(jìn)行管理，提高運(yùn)用的效率。如圖1所示，是地理信息系統(tǒng)中地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理。

圖1 地理信息系統(tǒng)中地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理

通過(guò)對(duì)于礦山相關(guān)信息相關(guān)信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確﹑快速的分析與管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)于當(dāng)前礦山信息條件數(shù)據(jù)的有效分析。地理信息系統(tǒng)能夠自動(dòng)將采集的數(shù)據(jù)運(yùn)用三維模擬圖進(jìn)行繪制，使得相關(guān)工作人員對(duì)于礦山內(nèi)部的環(huán)境有充分的了解，在此基礎(chǔ)上才能夠提出科學(xué)﹑合理的開(kāi)采測(cè)量方案，提高礦山測(cè)量工作的準(zhǔn)確度與工作效率，同時(shí)，在此基礎(chǔ)上增強(qiáng)其安全性與質(zhì)量。

2 地理信息系統(tǒng)技術(shù)在礦山測(cè)量工作中的主要優(yōu)勢(shì)

2.1 有利于提高工作效率

地理信息系統(tǒng)當(dāng)中已經(jīng)集成了大量的地理信息數(shù)據(jù)，專業(yè)的礦山測(cè)量技術(shù)工作人員能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，從而達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。同時(shí)，根據(jù)有關(guān)的信息資料獲取和對(duì)地質(zhì)條件的掌握情況，在實(shí)施過(guò)程中利用軟件對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行計(jì)算，直接量化相應(yīng)的地理信息資料。從而減輕采礦測(cè)量人員的工作難度，可以在一個(gè)測(cè)量時(shí)間內(nèi)大大提高采礦測(cè)量人員的效率[3,4]。

2.2 具有較高的可靠性

相比于傳統(tǒng)的礦山測(cè)量設(shè)備，地理信息系統(tǒng)技術(shù)的載體都是非常現(xiàn)代化的﹑先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備與儀器，不僅從外表看具有重量輕﹑體積小﹑便攜帶的優(yōu)點(diǎn)，而且在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上更加完善，具有在惡劣天氣狀況下仍然能夠正常運(yùn)行與使用的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于專業(yè)的礦山測(cè)量工作人員來(lái)說(shuō)，使用地理信息系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量不僅更加方便可靠，提高了礦山測(cè)量工作的效率，而且還可以有效地降低工作風(fēng)險(xiǎn)，避免在勘測(cè)過(guò)程當(dāng)中遇到的惡劣地理環(huán)境與惡劣自然天氣的多種潛在安全威脅。

3 地理信息系統(tǒng)技術(shù)在礦山測(cè)量工作中運(yùn)用的現(xiàn)狀與問(wèn)題

3.1 主要應(yīng)用領(lǐng)域

地理信息系統(tǒng)技術(shù)在礦山測(cè)量工作中的主要應(yīng)用領(lǐng)域可以分為礦床地質(zhì)勘探及礦山設(shè)計(jì)﹑開(kāi)采施工計(jì)劃編制﹑礦業(yè)施工企業(yè)信息管理為主體部分。

首先，在礦床地質(zhì)勘探以及礦山設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)中保存了大量的礦井地理信息資料，通過(guò)GIS信息系統(tǒng)的強(qiáng)大能力完成礦井設(shè)計(jì)﹑勘察設(shè)計(jì)﹑采礦施工作業(yè)，有力的提升了礦井管理水平，并盡可能的降低了設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的失誤現(xiàn)象，為設(shè)計(jì)成果進(jìn)行了有效的優(yōu)化。其次，在采礦工程建設(shè)計(jì)劃編制方面的應(yīng)用。利用地理信息系統(tǒng)對(duì)礦井空間位置進(jìn)行的研究，使得采礦工程建設(shè)方案的編制可以建立在一種真實(shí)的﹑具備有效性的基礎(chǔ)上。利用數(shù)據(jù)模型還能夠進(jìn)行礦井開(kāi)發(fā)實(shí)施的仿真，驗(yàn)證采礦方案的正確合理性與可操作性。再次，在礦山日常的生產(chǎn)管理方面的應(yīng)用。在礦產(chǎn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的過(guò)程中，時(shí)不時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜情況，面對(duì)新型地質(zhì)現(xiàn)象必須盡快地做出正確決策。而地理信息系統(tǒng)的強(qiáng)大分析功能在這種情況下可以得到充分應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模擬運(yùn)算，及時(shí)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)開(kāi)采數(shù)據(jù)，從而科學(xué)有效地及時(shí)調(diào)整開(kāi)采施工計(jì)劃。最后，在經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)以及預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用。在礦山的測(cè)量工作過(guò)程中，可以充分的利用地理信息系統(tǒng)對(duì)礦山進(jìn)行一系列的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，同時(shí)還可以對(duì)礦山未來(lái)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況展開(kāi)相應(yīng)的預(yù)測(cè)等。通過(guò)將地理信息系統(tǒng)應(yīng)用到礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，可以有效的提升工作效率，并盡可能的降低礦山的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，除此之外，還使得礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的決策更加的科學(xué)﹑合理。

3.2 面臨的問(wèn)題

地理信息系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用開(kāi)始的比較晚，因此在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中還存在著較多的技術(shù)性問(wèn)題。首先，系統(tǒng)數(shù)據(jù)與模型的豐富性不足以支撐全新的工作環(huán)境。當(dāng)?shù)V山測(cè)量人員運(yùn)用地理信息系統(tǒng)對(duì)礦山的地理狀況進(jìn)行探測(cè)與繪圖時(shí)，由于礦井地質(zhì)狀況和礦井?dāng)?shù)量面臨著許多錯(cuò)綜復(fù)雜的狀況，在資料采集時(shí)很難做到面面具上的全面性和充分度。這對(duì)礦井探測(cè)工作中收集到的資料的真實(shí)性有不良有負(fù)面影響，導(dǎo)致部分資料不具有很高的參考價(jià)值。其次，地理信息系統(tǒng)的可視化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也面臨著有效表現(xiàn)不足的情況。雖然經(jīng)過(guò)系統(tǒng)模擬與計(jì)算方法的應(yīng)用，已可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面和地下空間的基本地質(zhì)現(xiàn)象的可視化顯示，但是，由于隱藏礦體具有特殊的構(gòu)造，所以對(duì)它的三維可視化顯示還面臨著較大的困難與認(rèn)識(shí)缺陷。此外，因?yàn)榈V山中的巷道線基本上都是在地面不斷延伸與擴(kuò)展的，導(dǎo)致了它和地表上所表現(xiàn)的線對(duì)象之間存在著根本的差異，所以對(duì)于怎樣根據(jù)在空中不斷擴(kuò)展的特征進(jìn)行地理信息系統(tǒng)的三維可視化表現(xiàn)，并形成適合于地理信息系統(tǒng)的可視化方法還值得繼續(xù)予以探討研究。

4 地理信息系統(tǒng)技術(shù)在礦山測(cè)量工作中的靈活運(yùn)用策略

4.1 地理信息系統(tǒng)在礦山測(cè)量前期中的運(yùn)用

一方面，在地質(zhì)勘探與礦山設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。由于礦山開(kāi)采的工程量比較龐大，需要耗費(fèi)大量的人資源﹑物力資源以及財(cái)力資源。因此，施工單位便需要在對(duì)礦山進(jìn)行開(kāi)采之前，便對(duì)其展開(kāi)全面深入的地質(zhì)勘探，而此時(shí)便便可以充分的﹑靈活的運(yùn)用地理信息系統(tǒng)，對(duì)地址勘探的準(zhǔn)確性進(jìn)行有效提升。在這一環(huán)節(jié)運(yùn)用地理信息系統(tǒng)，可以為礦山設(shè)計(jì)提供大量具有借鑒作用的數(shù)據(jù)信息，以此來(lái)避免在礦山開(kāi)采的過(guò)程中發(fā)生事故。礦山開(kāi)采過(guò)程中所運(yùn)用的傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探技術(shù)，不能夠?yàn)榈V山開(kāi)采設(shè)計(jì)提供全面的﹑精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，使得地質(zhì)勘探過(guò)程中很難將礦山中的存在的惡劣條件展現(xiàn)給礦山的設(shè)計(jì)者，因此，將地理信息系統(tǒng)融入到這一環(huán)節(jié)，便可以最大限度的避免這一問(wèn)題的發(fā)生，進(jìn)而提升礦山的精準(zhǔn)測(cè)量。并對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整會(huì)分析，進(jìn)一步優(yōu)化了礦山設(shè)計(jì)方案。例如：某施工單位在進(jìn)行礦山開(kāi)采時(shí)，可以將地理信息系統(tǒng)靈活的運(yùn)用到礦區(qū)資源指標(biāo)數(shù)據(jù)以及礦區(qū)形狀的獲取上，并在精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息支撐的前提條件下，創(chuàng)建良好的資源數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而為礦山設(shè)計(jì)人員的工作提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

另一方面，在生產(chǎn)計(jì)劃編制方面的運(yùn)用。在進(jìn)行礦山生產(chǎn)計(jì)劃的編制過(guò)程中，施工單位可以通過(guò)地理信息系統(tǒng)對(duì)礦山進(jìn)行全面的分析，明確礦山的空間關(guān)系，有助于生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化，能夠在很大程度上提升生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)性以及合理性。與此同時(shí)，地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與礦山的生產(chǎn)技術(shù)編制之中還能夠通過(guò)其內(nèi)部的強(qiáng)力數(shù)據(jù)計(jì)算能力，為生產(chǎn)計(jì)劃的編制提供有價(jià)值且準(zhǔn)確的教據(jù)信息，對(duì)其礦山內(nèi)部資源的空間分布進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，保證整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃具有極高的可操作性，提升礦山生產(chǎn)效率，不僅如此，地理信息技術(shù)在礦山的生產(chǎn)編制中能夠提高進(jìn)一步的數(shù)據(jù)支撐，不僅僅能夠提供基礎(chǔ)的一些數(shù)據(jù)信息，并且對(duì)于更具有深度的數(shù)據(jù)信息也能夠準(zhǔn)確地獲得并且利用在生產(chǎn)編制中，其數(shù)據(jù)獲得的速度也十分重要，地理信息技術(shù)不同于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，其獲取信息的速度十分之塊，這得益去其內(nèi)部組成的先進(jìn)科技技術(shù)，充分發(fā)揮地理信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用，能夠大大提升礦山的生產(chǎn)與開(kāi)采速度與效率。比如，某施工單位在進(jìn)行礦山測(cè)量的前期工作時(shí)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行了三維礦山模型的構(gòu)建，技術(shù)人員可以根據(jù)三維礦山模型，了解區(qū)域礦山空間關(guān)系和不同礦體的分布情況，有助于礦山區(qū)域地質(zhì)狀況的圍定，為生產(chǎn)計(jì)劃的編制提供了準(zhǔn)確可靠的信息，進(jìn)而強(qiáng)化礦山的生產(chǎn)效率。

4.2 地理信息系統(tǒng)在礦山測(cè)量管理中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)從礦山測(cè)量的前期準(zhǔn)備，擴(kuò)展到礦山測(cè)量的日常管理，能夠提高礦產(chǎn)測(cè)量的效率，為礦山開(kāi)采奠定了良好的基礎(chǔ)。礦山地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，在實(shí)際的礦產(chǎn)測(cè)量管理過(guò)程中，施工單位經(jīng)常會(huì)遇到多種問(wèn)題，也會(huì)出現(xiàn)較多難以預(yù)測(cè)的地質(zhì)現(xiàn)象，所以施工單位需要及時(shí)將測(cè)量到的數(shù)據(jù)輸入到地理信息系統(tǒng)中，通過(guò)地理信息系統(tǒng)具備的分析功能為礦山測(cè)量工作進(jìn)行指導(dǎo)，確保礦山測(cè)量工作的有序進(jìn)行。

首先，在實(shí)際的礦山測(cè)量工作中，安全管理是施工單位必不可少的工作。因?yàn)樵诘V山開(kāi)采的過(guò)程中，地下壓力非常容易出現(xiàn)變化，還會(huì)出現(xiàn)斷裂空隙等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致安金事故的出現(xiàn)，對(duì)礦山開(kāi)采以及開(kāi)采人員的安全造成了威脅。其次，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助開(kāi)采人員及時(shí)了解礦山開(kāi)采過(guò)程中的安全隱患。從而采取相應(yīng)的措施規(guī)進(jìn)安全風(fēng)險(xiǎn)，保障礦山開(kāi)采以及開(kāi)來(lái)人員的安全。比如，某施工企業(yè)在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了礦山信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括礦山生產(chǎn)設(shè)備的安全管理模塊﹑災(zāi)害事故管理模塊﹑地質(zhì)災(zāi)害管理模塊﹑礦井通風(fēng)信息系統(tǒng)﹑開(kāi)采沉降可視化管理模塊﹑礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)模塊﹑礦區(qū)土地利用模塊﹑井下可視化管理系統(tǒng)以及救援信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)基本涉及了礦山測(cè)量安全管理的所有內(nèi)容。該施工企業(yè)在推出礦山信息系統(tǒng)之后，有效保障了身戶開(kāi)采的安全，安全事故發(fā)生的概率有顯著的降低。最后，礦山測(cè)量管理中開(kāi)始出現(xiàn)信息化的高新技術(shù)，例如：數(shù)字礦山。數(shù)字礦山是20世紀(jì)末期提出的概念，主要是根據(jù)地理信息系統(tǒng)﹑多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)進(jìn)行礦山數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化展示。現(xiàn)階段，我國(guó)主要在煤礦資源的測(cè)量中應(yīng)用數(shù)字礦山的3D模型，施工單位可以通過(guò)可視化操作了解開(kāi)礦作業(yè)的任意環(huán)節(jié)。在3D模型的構(gòu)建中，地理信息系統(tǒng)可以根據(jù)礦山平面的剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行三維立體模型的構(gòu)建，在三維立體模型的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可以進(jìn)行井下開(kāi)采模型和礦體模型的構(gòu)建，有助于綠色礦山的實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用，逐漸形成了以數(shù)據(jù)采集與錄入﹑數(shù)據(jù)分析﹑建模處理等一系列的測(cè)量技術(shù)體系，從而改變了傳統(tǒng)的礦山測(cè)量觀念以及落后的測(cè)量作業(yè)方式，提高了礦山測(cè)量與開(kāi)采的效率，為礦區(qū)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。