李國釗

（1.龍巖市經(jīng)緯測(cè)繪公司，福建 龍巖 364000）

1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。GIS是利用計(jì)算機(jī)存貯、處理地理信息的一種技術(shù)與工具，是一種在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下，把各種資源信息和環(huán)境參數(shù)按空間分布或地理坐標(biāo)，以一定格式和分類編碼輸入、處理、存貯、輸出，以滿足應(yīng)用需要的人機(jī)交互信息系統(tǒng)。GIS有2個(gè)顯著特征[1]：一是不僅可管理數(shù)字和文字屬性信息，而且可管理空間信息(圖形信息)；二是可利用各種空間分析法對(duì)多種不同的信息進(jìn)行綜合分析，尋求空間實(shí)體間的相互關(guān)系，分析和處理在一定區(qū)域內(nèi)分布的現(xiàn)象和過程。

2 GIS在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

GIS在礦山測(cè)量中的應(yīng)用方向大致可分為：

1）基于GIS技術(shù)建立多源數(shù)據(jù)找礦模型。單一的信息源往往局限于信息的片面性,不能準(zhǔn)確反映地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象和某些特征，這就需要對(duì)多而復(fù)雜的其他相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行更加深入和透徹的認(rèn)識(shí)。而GIS技術(shù)具有多源數(shù)據(jù)綜合分析和管理功能,能給具有空間屬性的異源數(shù)據(jù)提供良好的融合平臺(tái)，進(jìn)而建立多源的數(shù)據(jù)找礦模型。

2）礦山管理信息系統(tǒng)。礦山管理包括礦山設(shè)計(jì)、巷道開挖、礦產(chǎn)開采、沉降監(jiān)測(cè)和環(huán)境評(píng)價(jià)等工作。礦山管理信息系統(tǒng)內(nèi)容龐雜，功能齊全。目前已有很多學(xué)者對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦山機(jī)電安全管理、煤礦災(zāi)害事故、礦井通風(fēng)信息系統(tǒng)、煤礦瓦斯管理信息系統(tǒng)、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、礦區(qū)土地利用、煤礦安全管理、礦山開采沉降可視化、井下可視化管理系統(tǒng)、救援信息系統(tǒng)等方面進(jìn)行了研究和探討[2]。

3）三維礦山。目前，三維礦山模擬已成為科技熱點(diǎn)。它是在GIS、可視化技術(shù)和地質(zhì)信息計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)基礎(chǔ)上建立的礦山客觀實(shí)體模型[2]。建立三維礦山，有利于地質(zhì)和礦業(yè)界人員更直觀精確地圈定礦體邊界，進(jìn)而了解不同礦體分布的三維形態(tài)，便于對(duì)地下地質(zhì)體進(jìn)行準(zhǔn)確解讀和圈定，為礦產(chǎn)開發(fā)和找礦預(yù)測(cè)進(jìn)行指導(dǎo)。

4）礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理。應(yīng)用GIS手段對(duì)礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理中的大量圖形、文檔和指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，有利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化的處理，建立統(tǒng)一的礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫?？梢酝ㄟ^客戶機(jī)-服務(wù)器的運(yùn)行模式，經(jīng)由大型數(shù)據(jù)庫和GIS空間數(shù)據(jù)引擎，將圖形和文檔數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形、文檔和指標(biāo)3類數(shù)據(jù)的有效管理和分析。與此同時(shí)，還可進(jìn)行規(guī)劃項(xiàng)目的遠(yuǎn)程管理。

5）數(shù)字礦山。數(shù)字礦山（DM）的概念是1999年提出的。DM是多維數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)，其利用多媒體和模擬仿真技術(shù)對(duì)真實(shí)礦山進(jìn)行數(shù)字化的再現(xiàn)。我國已開始應(yīng)用采礦機(jī)器人、三維地學(xué)模擬、礦山虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)進(jìn)行礦山的開發(fā)與應(yīng)用研究。例如，煤礦地質(zhì)測(cè)量3D模型的構(gòu)建與可視化將大大提高工作人員對(duì)煤礦生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的直觀認(rèn)識(shí)。但是由于數(shù)據(jù)采集的難度和生成算法的復(fù)雜性，數(shù)字礦山全景式真三維建模這一功能尚處于摸索開發(fā)階段。GIS利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)建立起三維空間任意復(fù)雜形狀物體的真三維實(shí)體模型，并且以此為基礎(chǔ)提供特定的服務(wù)，主要用于井下采礦、露天采礦、礦體模型、巷道模型的建立。

3 礦山地理信息系統(tǒng)

3.1 礦山地理信息系統(tǒng)概述

礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)是將GIS 應(yīng)用于礦山的區(qū)域性GIS，是為礦山生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、規(guī)劃等提供支持的系統(tǒng)。它以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，應(yīng)用攝影測(cè)量與遙感等技術(shù)采集信息，發(fā)揮GIS的強(qiáng)大地學(xué)分析和輔助決策功能，通過制圖和圖像處理手段結(jié)合礦山資源特征構(gòu)建起來的地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，具有信息采集、存儲(chǔ)、處理，建立礦區(qū)數(shù)據(jù)庫及軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的查詢檢索、綜合分析、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)、信息輸出等功能[2]。該系統(tǒng)能為礦區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)及礦產(chǎn)資源的開發(fā)管理提供科學(xué)的依據(jù)。MGIS是礦山現(xiàn)代化管理、決策的重要標(biāo)志，是為適應(yīng)礦山生產(chǎn)發(fā)展的需要而開發(fā)的一種現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)。

3.2 在我國礦山測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.2.1 應(yīng)用領(lǐng)域

1）礦床地質(zhì)勘探及礦山設(shè)計(jì)。MGIS存儲(chǔ)有大量的礦山地理信息數(shù)據(jù),利用GIS的強(qiáng)大功能進(jìn)行勘探設(shè)計(jì)、地質(zhì)施工、報(bào)告編制及礦山設(shè)計(jì)，可極大提高工作效率，減少設(shè)計(jì)失誤，優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

2）編制生產(chǎn)計(jì)劃。MGIS也可以制定生產(chǎn)計(jì)劃，通過對(duì)其空間關(guān)系的實(shí)時(shí)分析，可以使生產(chǎn)計(jì)劃的制定建立在客觀、合理、有效的基礎(chǔ)之上，通過模擬，還可以進(jìn)一步檢驗(yàn)生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)合理性和可操作性。

3）日常生產(chǎn)管理。礦山日常生產(chǎn)過程中會(huì)遇到各種問題，揭露許多新的地質(zhì)現(xiàn)象，這些新的資料要及時(shí)地輸入到MGIS中，通過其強(qiáng)大的分析功能，科學(xué)及時(shí)有效地調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施效率。同時(shí)，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可以及時(shí)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出來，供領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施決策時(shí)參考。

4）經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)。在礦山中還可以使用MGIS來對(duì)礦山進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，對(duì)未來的生產(chǎn)經(jīng)營狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)等。礦山經(jīng)營的各個(gè)方面均可使用MGIS來提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，提高決策的科學(xué)合理性。

3.2.2 應(yīng)用中存在的問題

1）可視化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有效表達(dá)問題。借助于計(jì)算機(jī)的原型模擬加工可有效對(duì)地面和地下地形地貌進(jìn)行三維可視化表達(dá)[3]，但對(duì)于隱伏礦體的表達(dá)存在局限性。由于隱伏礦體特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加之礦體暴露，其表達(dá)的內(nèi)容有不確定性，不利于隱伏礦體的可視化表達(dá)，為實(shí)際工作造成了困難，因此亟需建立一種有效的可視化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)方式。

2）巷道的空間拓展表達(dá)。由于巷道是處在不斷延伸和發(fā)展中的，其與地表所表達(dá)的線對(duì)象有著本質(zhì)區(qū)別，因此如何針對(duì)在空間不斷拓展的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)MGIS的三維可視化表達(dá)，建立適合MGIS的可視化手段應(yīng)進(jìn)一步加以研究。

4 GIS在礦山測(cè)量中應(yīng)用前景

1）多元集成趨勢(shì)。多元集成包括3大系統(tǒng)的集成，即礦山信息源的集成、礦山管理系統(tǒng)的集成、多種應(yīng)用技術(shù)的集成。GIS技術(shù)未來的發(fā)展必須使得遙感、測(cè)量、鉆井、物探、水文、地震等資料實(shí)現(xiàn)集成可視化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的融合和共享，以利于主管部門進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)管理。GIS將地理信息科學(xué)、地理學(xué)、遙感技術(shù)、全球定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)多學(xué)科進(jìn)行交叉滲透，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。因此，實(shí)現(xiàn)GIS的可持續(xù)發(fā)展，必須與上述相關(guān)學(xué)科進(jìn)行更為緊密的結(jié)合，才能促進(jìn)共同發(fā)展，有利于GIS系統(tǒng)更高效的應(yīng)用。

2）礦山生產(chǎn)過程一體化。實(shí)現(xiàn)從礦山設(shè)計(jì)到開采生產(chǎn)的過程一體化將是未來GIS的一大發(fā)展趨勢(shì)。其利用三維可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，以地質(zhì)及礦床模型為基礎(chǔ)，并結(jié)合其他信息進(jìn)行數(shù)字模擬開采，完成礦山長、中、短期開采計(jì)劃編制、露天開采爆破設(shè)計(jì)、地下礦巷道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)、采礦方法設(shè)計(jì)、爆破設(shè)計(jì)、災(zāi)情應(yīng)變預(yù)案、儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等工作。應(yīng)用可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)露天采場(chǎng)、礦井的生產(chǎn)調(diào)度與自動(dòng)監(jiān)測(cè)，邊坡、排土場(chǎng)、尾礦壩的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)，地下礦井地壓、礦震監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，通風(fēng)、粉塵、地下水監(jiān)測(cè)等[4]。

3）礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)。礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用也將是未來GIS發(fā)展的趨勢(shì)。由于目前GIS在礦產(chǎn)資源方面的應(yīng)用主要停留在數(shù)據(jù)庫和空間的疊加分析上，而對(duì)知識(shí)的處理和推理能力較為缺乏。礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)將會(huì)為礦山環(huán)境保護(hù)、礦山環(huán)境治理、礦山環(huán)境評(píng)價(jià)提供支持[5]。決策系統(tǒng)還將向智能化方向發(fā)展，為各種智能生產(chǎn)經(jīng)營提供決策，并提高決策的實(shí)效性和科學(xué)性。

地理信息系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)步，促進(jìn)礦山測(cè)量進(jìn)步與發(fā)展，GIS在礦山測(cè)量中的應(yīng)用，逐漸形成以數(shù)據(jù)采集、輸入、分析、處理、輸出為一體的技術(shù)系統(tǒng)，這必將徹底改變傳統(tǒng)觀念及其生產(chǎn)作業(yè)方式,為礦山開采帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。

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