王雷鳴 尹升華

(1.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083； 2.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京 100083)

·地質(zhì)與測量·

GIS在礦業(yè)系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀與展望

王雷鳴1,2尹升華1,2

(1.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083； 2.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京 100083)

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息等功能，作為一門融合地理學、地圖學、遙感技術(shù)和計算機科學的綜合性學科，近年來在礦業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應用研究。結(jié)合近年來該領(lǐng)域的最新研究成果，圍繞礦山地質(zhì)勘查與評價、礦山機械及工作人員定位、礦井通風網(wǎng)絡(luò)模擬、礦山邊坡穩(wěn)定性與采空區(qū)塌陷等災害的監(jiān)測與預警、礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測及礦山復墾等方面對GIS在礦業(yè)系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀進行分析。在此基礎(chǔ)上，分別從大型礦山GIS空間數(shù)據(jù)庫與云GIS的構(gòu)建，礦區(qū)環(huán)境與穩(wěn)定性監(jiān)測過程中“3S”等多元技術(shù)的融合，構(gòu)建Interoperable GIS以實現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)庫共享，以3D/4D GIS為代表的GIS多維化發(fā)展，礦山生產(chǎn)管理過程中空間可視化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的有機結(jié)合等方面對GIS在礦業(yè)系統(tǒng)中的應用方向進行展望，為礦山數(shù)字化建設(shè)提供參考。

GIS 礦業(yè)系統(tǒng) 研究現(xiàn)狀 展望

礦山數(shù)字化、信息化與可視化是礦山未來發(fā)展的必然趨勢。GIS由于具有多源地學信息的綜合管理，多源地學信息的空間查詢，空間信息疊置分析，緩沖區(qū)分析，空間實體統(tǒng)計，強大的數(shù)據(jù)采集、調(diào)度管理及空間可視化分析等功能[1-2]，因而近年來在礦山開采影響環(huán)境評價[3-4]、開采沉陷規(guī)律研究[5-7]、礦區(qū)滑坡穩(wěn)定性監(jiān)測[8]、礦山動態(tài)管理[9]、礦山地質(zhì)災害評價[10]、礦山重金屬污染評價[11]、礦區(qū)測量[12]等方面得到了廣泛的應用研究。為此，通過對現(xiàn)有的研究成果進行適當總結(jié)，并對GIS在該領(lǐng)域的發(fā)展方向進行展望，為提高礦山數(shù)字化水平提供參考。

1 GIS概述

GIS以地球科學基礎(chǔ)，用以獲取、存儲、編輯、處理、分析、顯示和輸出地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息等特點，主要通過描述空間分布格局、地理概念模型、空間關(guān)系、人的一些行為活動特征幫助人們加強對地理空間的認知[13-14]。GIS是從幾何特征、時空屬性、地理語義和空間計算的維度來構(gòu)建地理學語言的表達方式[15]，表達內(nèi)容包括地理實體及其空間關(guān)系、不確定性[16-17]、地理動態(tài)及地理本體、對地理世界的認識差異[18]等。

GIS在礦山應用廣泛，主要針對礦山地質(zhì)、測量、井下生產(chǎn)、安全、供電、通訊、通風、供風供水、排水等系統(tǒng)，進行實時或空間、屬性數(shù)據(jù)采集，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對數(shù)據(jù)進行圖數(shù)一體化的集中統(tǒng)一管理?；贕IS的礦業(yè)工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于GIS的礦業(yè)工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 礦產(chǎn)勘查與評價

現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)出現(xiàn)之前，地圖作為地理空間信息表達與傳輸?shù)幕竟ぞ?，實現(xiàn)了對地理空間及地理對象的精確表達[19-20]。當前，GIS已逐步取代地質(zhì)繪圖板，被普遍應用到礦產(chǎn)勘查工作的各個方面，實現(xiàn)了地質(zhì)制圖的全盤數(shù)字化。利用GIS技術(shù)，將原始的空間地質(zhì)、物理信息、化學信息、遙感數(shù)據(jù)及成礦信息等加以整合，形成便于礦產(chǎn)預測的圖層。通過多個圖層的疊加，不僅可以收集及核查各類數(shù)據(jù)，而且可以使用圖層對數(shù)據(jù)進行有序管理。

在礦產(chǎn)勘查方面，G.Partington[21]基于GIS構(gòu)建了地質(zhì)評估與經(jīng)濟風險模型，并將該模型應用于Oman北部的Semail蛇綠巖帶中的VMS銅金礦產(chǎn)勘查；A.A.Madani等[22]基于GIS環(huán)境，構(gòu)建了Bulghah金礦區(qū)的集成地理數(shù)據(jù)集，利用加權(quán)體系對空間數(shù)據(jù)與不同的地理數(shù)據(jù)集進行了整合；K Sprague等[23]在3D GIS環(huán)境下，構(gòu)建了礦產(chǎn)勘查的定向查詢方式，實現(xiàn)了探針對象鄰近區(qū)域查詢、數(shù)字屬性查詢、閉曲面殼體查詢等功能，獲取數(shù)據(jù)并分析得到了礦體賦存條件。可見，GIS在該領(lǐng)域的應用取得了一定的成效，但是：①現(xiàn)有礦產(chǎn)勘查的時空數(shù)據(jù)模型大多將時間作為屬性看待，并未將時間和空間作為對等的維度參與表達與分析,因此，難以支持復雜地理實體或連續(xù)地理現(xiàn)象的描述及地理過程分析[24-26]；②以時空分離為主要特征的GIS往往僅能給出特定時刻的地學現(xiàn)象的狀態(tài)變化情況，對動態(tài)地理現(xiàn)象表達與分析能力不強，不能很好地支持依賴于時空狀態(tài)與結(jié)構(gòu)連續(xù)變化的復雜礦體揭露、發(fā)展、演化過程的表達與建模。

2.2 生產(chǎn)調(diào)度的“三化”管理

2.2.1 露天及井下機車調(diào)度信息化

機車調(diào)度信息化是在無線局域網(wǎng)支持下，將GPS技術(shù)和GIS技術(shù)結(jié)合，通過實時信息采集，將露天礦生產(chǎn)過程中移動終端設(shè)備的位置、狀態(tài)等信息傳輸至調(diào)度中心，調(diào)度中心通過分析和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，并將調(diào)度命令發(fā)送給各移動終端。對此，張陽等[27]利用GIS軟件中的MapX模塊，以VB為開發(fā)平臺，構(gòu)建了一種基于GIS的井下機車區(qū)域定位檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了井下機車運行狀況的實時模擬。該系統(tǒng)主要由機車檢測器、檢測分站與井上控制中心等3部分組成，通過檢測器上傳機車的實時數(shù)據(jù)，對機車車號、車速、荷載情況等信息進行統(tǒng)計，匯總至井上控制中心，控制中心對井下機車車況進行實時監(jiān)控。

2.2.2 露天礦生產(chǎn)配礦數(shù)字化

配礦的目的是降低礦石品位的波動程度，提高礦石質(zhì)量的穩(wěn)定性，減少經(jīng)濟損失和提高礦產(chǎn)資源的綜合利用率。通過利用GIS技術(shù)，構(gòu)建線性規(guī)劃模型，建立集短期配礦計劃以及礦石工序流程質(zhì)量控制的生產(chǎn)配礦動態(tài)管理體系，實現(xiàn)了對礦石質(zhì)量的實時控制。為了提高配礦效率，Gu Qinghua等[28]基于GIS/RS/CPRS技術(shù)，構(gòu)建了露天礦配礦動態(tài)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦石品位控制、配礦計劃的自動編制與配礦過程的實時監(jiān)測，在生產(chǎn)中取得了較好的效果。

2.2.3 礦區(qū)消防、管線與人員可視化

礦區(qū)消防滅火系統(tǒng)理論上包含GIS子系統(tǒng)、主業(yè)務子系統(tǒng)、空間分析子系統(tǒng)與脫機模塊子系統(tǒng)等4個部分，通過所構(gòu)建的空間數(shù)據(jù)庫呈現(xiàn)的電子地圖，能夠?qū)ΦV區(qū)突發(fā)火災進行迅速定位，確定火災救險的最佳方案與人員逃生的最優(yōu)路線，實現(xiàn)對礦區(qū)消防的信息化。針對煤礦消防特點，徐效波等[29]基于GIS，在Supermap平臺上實現(xiàn)了避災路徑、運輸網(wǎng)絡(luò)、通風網(wǎng)絡(luò)、供電網(wǎng)絡(luò)、給排水網(wǎng)絡(luò)等分析功能，成效較為顯著。

礦山生產(chǎn)調(diào)度的信息化、數(shù)字化與可視化的建設(shè)，在很大程度上消除了井下盲區(qū)，提高了井下生產(chǎn)的安全性。但是，目前基于GIS實現(xiàn)礦山生產(chǎn)調(diào)度仍主要呈現(xiàn)于二維平面“切片”，對于GIS數(shù)據(jù)的分析主要以圖層形式進行展現(xiàn)，缺乏虛實融合技術(shù)的實景展示與實時交互，虛擬場景與真實作業(yè)場景難以進行有機集成，難以實現(xiàn)觀察空間、感知空間與三維虛擬空間的有效融合。此外，作為GIS最重要主體的“人”缺乏參與性，礦山人員難以有效置入虛實融合場景中全方位觀察地理現(xiàn)象的分布及其演化過程。因此，有必要引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機交互技術(shù)來增強礦山生產(chǎn)調(diào)度的直觀感，提高礦山生產(chǎn)調(diào)度效率。

2.3 通風網(wǎng)絡(luò)的仿真模擬

目前，國內(nèi)外大中型礦山均配備有安全監(jiān)測系統(tǒng)，但在信息處理、監(jiān)控方式、預測預警、動態(tài)圖像顯示等方面仍存在不足，將GIS技術(shù)應用于通風系統(tǒng)，實現(xiàn)礦山通風信息的數(shù)字化管理，可為礦山生產(chǎn)管理部門對礦井通風安全信息的管理、查詢、統(tǒng)計分析提供一條新的有效途徑。對此，張敬宗等[30]基于GIS技術(shù)，構(gòu)建了礦井通風系統(tǒng)圖的三維數(shù)據(jù)模型和幾何模型，利用OpenGL中的拾取機，以ADO作為數(shù)據(jù)庫引擎，開發(fā)了三維GIS礦井通風信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦井通風系統(tǒng)的三維可視化建模和風流模擬。陳寧等[31]開發(fā)了基于GIS的礦井通風信息系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于GIS的礦井通風信息系統(tǒng)

基于GIS的通風網(wǎng)絡(luò)模型可以實現(xiàn)巷道風流建模、風流動態(tài)模擬與實時監(jiān)測等功能，有助于確保巷道風流順暢與保障井下人員作業(yè)安全。此外，若將GIS定位功能、預警理論體系與災后救避險路徑模擬系統(tǒng)相結(jié)合，建立礦井通風預警、預控以及逃生的完整系統(tǒng)，那么對于提高礦井通風安全，將具有更為重要的意義。

2.4 爆破作業(yè)建模與分析

對于爆破作業(yè)建模的研究思路是：基于GIS三維顯示、空間分析功能，利用數(shù)字高程模型(Digial elevation model,DEM)[32]數(shù)據(jù)疊加遙感影像，構(gòu)建地表層，并結(jié)合MultiPatch構(gòu)建的地質(zhì)地層，生成礦山模型，構(gòu)建炮孔、爆破模型，分別實現(xiàn)對礦山爆破開采過程中的爆破振動效應、爆破噪聲污染、爆破及采場運輸最優(yōu)路徑的建模和分析。根據(jù)該思路，J.D.McCarthy等[33]基于3D GIS，構(gòu)建鉆孔信息系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)在復雜查詢、添加簡單輪廓面及巖層地層探查等方面的交互操作，使作業(yè)人員能夠突破紙面數(shù)據(jù)與平面地圖的瓶頸，獲得數(shù)據(jù)的空間模式。此外，池秀文等[34]經(jīng)過研究，構(gòu)建了爆破作業(yè)模型，如圖3所示。該模型實現(xiàn)的主要功能為：①依據(jù)地震振動影響、空氣沖擊波影響、噪聲影響等評價因子對爆破決策進行評價；②對爆破炮孔、爆堆形態(tài)、爆破粉塵等因素進行爆破動態(tài)模擬；③依據(jù)最小成本原則，模擬爆破過程；④實現(xiàn)對爆破沖擊波危害、爆破振動危害的統(tǒng)計，得到了爆破的數(shù)值模型。但該模型缺乏在巷道深部受力變形監(jiān)測、水體實時監(jiān)測等方面的功能，因而不能完整反應爆破過程對區(qū)域巖體的影響。

圖3 基于GIS的爆破作業(yè)模型

2.5 礦山穩(wěn)定性監(jiān)測

GIS技術(shù)在礦山穩(wěn)定性監(jiān)測方面的應用主要是指露天礦邊坡位移監(jiān)測GIS可視化、開采區(qū)沉陷變形監(jiān)測。對于露天礦邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，首先建立包括屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，然后依托ArcGIS軟件操作平臺，實現(xiàn)露天礦邊坡位移監(jiān)測數(shù)據(jù)GIS可視化研究分析。在該方面，于廣明等[35]基于GIS的地表沉陷預計程序模型架構(gòu)，開發(fā)了新的地表沉陷預計程序，為礦山開采設(shè)計和災害評估提供了依據(jù)。M.Mergili等[36]提出了一種基于GIS技術(shù)能夠處理淺、深層次邊坡失穩(wěn)的三維邊坡穩(wěn)定性模型，稱為R.Rotstab模型，隨機選擇大量橢圓形或截頭形滑動面，完成了對邊坡穩(wěn)定性的評估。此外，靳建明等[37]構(gòu)建了基于GIS的礦山穩(wěn)定性監(jiān)測模型如圖4所示。

圖4 基于GIS的礦山穩(wěn)定性監(jiān)測模型

GIS可以很好地實現(xiàn)礦山穩(wěn)定性的可視化顯示，提高對地下工程與露天邊坡的可控能力。但是，缺乏虛實融合技術(shù)的場景展示和實時交互，虛擬場景與真實場景難以進行有機集成。因此，有必要將GIS技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行有機結(jié)合，將“人”有效地置入虛實融合場景中，從而實現(xiàn)全方位監(jiān)測礦山穩(wěn)定性及其演化過程。

2.6 礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測與礦山復墾

對于礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測，是基于GIS中的礦業(yè)環(huán)境信息系統(tǒng)MEIS實現(xiàn)的。MEIS是隸屬于GIS的一個分支，它以GIS軟硬件作為基礎(chǔ)，利用遙感圖像或礦區(qū)已有地形圖、地質(zhì)圖等礦圖進行掃描或數(shù)字化，建立礦區(qū)幾何數(shù)據(jù)庫。通過對礦山生產(chǎn)、經(jīng)營、管理各種信息進行整理，輸入礦區(qū)環(huán)境相應的屬性數(shù)據(jù)建立屬性數(shù)據(jù)庫，從礦山(區(qū))生產(chǎn)與管理的實際出發(fā)，確立二次開發(fā)建立的應用模型，對系統(tǒng)進行整體調(diào)整與完善，從而建立MEIS系統(tǒng)。

根據(jù)該思路，文獻[38]應用RS和GIS技術(shù)，通過監(jiān)測煤礦火災，估算燃煤造成的溫室氣體排放量，觀測井下開采所引起的地面沉降以及廢棄礦點至填海區(qū)的環(huán)境污染情況，考察并監(jiān)測煤礦火災、煤礦塌陷、煤礦關(guān)閉和復墾對礦區(qū)周邊環(huán)境的影響。侯湖平等[39]采用生態(tài)景觀學理論并結(jié)合RS與GIS技術(shù)，分析了采礦對礦區(qū)景觀生態(tài)影響的變化規(guī)律，從生態(tài)修復適用范圍、模式、技術(shù)等方面提出了礦區(qū)生態(tài)修復的策略。S.M.Kim等[40]基于GIS中一種用于礦區(qū)復墾計劃的ArcMine模型，構(gòu)建一個摻入地形圖，地質(zhì)圖、防雷漂移地圖和鉆孔數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)分布式礦井危險度、礦區(qū)周邊環(huán)境破壞監(jiān)測以及礦區(qū)復墾計劃規(guī)劃。

將GIS技術(shù)應用于礦山塌陷災害預測與評價，對于提高礦山土地復墾效率有一定的幫助，但現(xiàn)有的研究成果主要集中于時空礦山數(shù)據(jù)的壓縮存儲、快速提取、可視化表達與遠程調(diào)度等方面[41]。隨著礦山信息采集、存儲、傳輸、應用環(huán)境的發(fā)展以及礦山環(huán)境的日益復雜，多源混合、海量、具有時態(tài)特征的礦山數(shù)據(jù)的索引問題將更為突出。

3 展 望

3.1 礦山大型GIS空間數(shù)據(jù)庫與云GIS

礦山大型GIS空間數(shù)據(jù)庫是指由礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)、鉆探數(shù)據(jù)、井巷數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程中機車人員實時數(shù)據(jù)等構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫，該類數(shù)據(jù)庫的真正價值在于構(gòu)建了各種異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性[42]。當前，礦山GIS系統(tǒng)仍缺乏強大的數(shù)據(jù)庫支持，對于用戶指定的要素無法進行合理的顯示，該類要素主要包括：①基于式樣的要素(點、線與多邊形)的有序集合；②諸如數(shù)字高程模擬和影像的柵格數(shù)據(jù)集、網(wǎng)絡(luò)、地形及其他地表、測量數(shù)據(jù)集、其他類型數(shù)據(jù)。當前礦山GIS不能充分滿足海量數(shù)據(jù)分析的需要，而面向礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)的嚴重缺失，無法確保礦產(chǎn)勘查結(jié)果的準確性。因此，構(gòu)建礦山大型GIS空間數(shù)據(jù)庫將是GIS在該領(lǐng)域的一個發(fā)展方向，一方面滿足用戶數(shù)據(jù)分析的需求，另一方面為礦產(chǎn)勘查提供強有力的數(shù)據(jù)支持。

云GIS的實質(zhì)是將GIS平臺、軟件和礦區(qū)地理空間信息能夠方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎(chǔ)設(shè)施之上，能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于Web的服務[43]。在云GIS大環(huán)境下，最大的改變就是GIS平臺所有的技術(shù)點都將“暴露”成多項可調(diào)用、可訪問的服務，一切都是開放性的、以服務的形式展現(xiàn)，整個產(chǎn)品是一個具有松耦合、可移動、可伸縮性和自適應性的架構(gòu)。必須強調(diào)的是，云計算絕不僅僅是局部應用模塊的虛擬化，而是包括存儲、數(shù)據(jù)庫(空間數(shù)據(jù)庫)在內(nèi)，整個基礎(chǔ)架構(gòu)都將以服務形式來提供[45]。 在未來“大數(shù)據(jù)”環(huán)境下，隨著大型GIS空間數(shù)據(jù)庫以及云GIS[45]的發(fā)展，將實現(xiàn)礦山多個數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)無障礙共享。

3.2 “3S”等多元技術(shù)融合

“3S”技術(shù)是指遙感技術(shù)(Remote Sensing,RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographical information System,GIS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)為代表的多元技術(shù)集合，是礦區(qū)環(huán)境和穩(wěn)定性監(jiān)測發(fā)展的重要方向。在該方面，Li Xiao等[46]基于GIS，通過構(gòu)建反應生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)敏感性與景觀空間結(jié)構(gòu)的生態(tài)脆弱性指數(shù)，對阜新礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)境的影響進行評價，并基于ArcGIS軟件以條帶狀的5個級別進行呈現(xiàn)。

通過“3S”等多元技術(shù)的融合，可以實現(xiàn)礦區(qū)周邊環(huán)境污染監(jiān)測、礦區(qū)地表沉降塌陷監(jiān)測、露天礦邊坡位移與變形監(jiān)測、對露天礦爆破作業(yè)過程中的炮孔位置精確定位等。其中，RS主要用于礦山地理信息采集與提?。籊PS主要用于對遙感圖像以及從中提取的信息進行定位，賦予坐標，使其能與“電子地圖”進行套合；GIS則是存儲與管理信息的信息庫，最終形成了一個動態(tài)的、可視的、不斷更新的、通過計算機網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸?shù)?、三維立體的、不同地域和層次都可以使用的、“活”的系統(tǒng)。

3.3 Interoperable GIS

“Interoperable GIS”即“互操作地理信息系統(tǒng)”，所謂互操作，就是指在異構(gòu)環(huán)境下2個或2個以上的實體，盡管它們實現(xiàn)的語言、執(zhí)行的環(huán)境和基于的模型不同，但它們可以互相通信和協(xié)作，完成某一特定任務。對此，M.Breunig等[47]基于GIS組件，建立了面向?qū)ο蟮鸟詈蠑?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將所有的數(shù)據(jù)以及3D模型存儲于擴展的數(shù)據(jù)庫中，地質(zhì)和地球物理3D建模工具必須通過公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)(COREA)直接訪問數(shù)據(jù)庫，如此便間接的實現(xiàn)了礦業(yè)信息的交互共享。對于礦業(yè)系統(tǒng)而言，利用Interoperable GIS可以將不同的礦山數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通過實現(xiàn)和使用規(guī)范所描述的公共接口模板進行互操作，從而解決地質(zhì)與鉆探數(shù)據(jù)的共享問題，促進礦山間技術(shù)與管理經(jīng)驗交流。

3.4 3D/4D GIS

GIS雖然具有空間分析功能，但空間分析功能僅停留在空間幾何分析層面上，且以較簡易的圖形、圖層分析為主，未能提供大量的以數(shù)據(jù)操作為主的空間分析功能。隨著3D GIS的發(fā)展，利用3D GIS分析處理礦區(qū)井巷的三維數(shù)據(jù)、地下作業(yè)人員與管線信息，實現(xiàn)露天礦邊坡表面變形地貌與炮孔的三維定位等應用效果仍不理想。GIS多維化的發(fā)展是與礦山數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與共享相配合的，隨著礦山大型數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與共享機制的建立，在3D GIS的基礎(chǔ)上開發(fā)4D GIS來處理礦山四維數(shù)據(jù)，不斷完善GIS空間分析功能，將是一項十分有意義的工作。

3.5 空間可視化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合

在空間可視化方面，P.Ghadirian等[48]基于GIS的建模與離線增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)，采用真實物體的紋理信息，增強現(xiàn)實的全景視頻幀動態(tài)與模擬的時間變化的橫向視圖之間的聯(lián)系，來研究澳大利亞某區(qū)域14 a期間的雜草傳播動態(tài)，取得了較好的效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由實時三維計算機圖形技術(shù)，廣角(寬視野)立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等多種技術(shù)所組成技術(shù)體系。

將空間可視化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，可以對礦區(qū)地質(zhì)地形、井下生產(chǎn)作業(yè)過程中人員與機車行動進行仿真模擬。通過對礦體、圍巖、礦井風流狀況、地應力場等進行交互式觀察與分析，將會提升對于礦區(qū)環(huán)境認識的精確程度，井下生產(chǎn)與露天開采過程中人員機械的可控能力，機電線路等設(shè)備安全的可視化程度等。隨著可視技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用，有助于逐步實現(xiàn)礦山生產(chǎn)管理過程的數(shù)字化。

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(責任編輯 王小兵)

Application Status and Prospect of GIS in Mining System

Wang Leiming1,2Yin Shenghua1,2

(1.StateKeyLaboratoryofHigh-EfficientMiningandSafetyofMetalMines，MinistryofEducationBeijing100083，China;2.SchoolofCivilandEnvironmentEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)

Geographic information system (GIS) has plenty of functions，such as acquisition，management，analysis and output of a variety of geographic spatial information and so on.As a comprehensive discipline combined of geography，cartography，remote sensing technology and computer science，it has been widely applied and researched in recent years.Combing with the latest research results in this field，the application status of GIS in mining system have been analyzed from the aspects of mine geological prospection and evaluation，mining machinery and personnel position，mining ventilation network simulation，mine slope disaster monitoring and early-warning，mine environment monitoring and mine reclamation and others.Based on this，the directions of GIS in mining system with representative of 3D/4D GIS are prospected from the aspects of constructing large-scale mining GIS spatial database and cloud GIS，integrating with GIS，RS，GPS in mining environmental monitoring and stability process，and constructing interoperable GIS,combination with the spatial visualization and virtual reality technology in the process of mining production management so as to provide some reference for construction of digital mine.

GIS，Mine system，Research status，Prospect

2015-03-01

國家自然科學基金項目(編號：51374035)，教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃項目(編號：NCET-13-0669)，全國優(yōu)秀博士學位論文作者專項資金項目(編號：201351)。

王雷鳴(1991—)，男，碩士研究生。通訊作者 尹升華(1981—)，男，教授，博士，博士研究生導師。

TD672

A

1001-1250(2015)-05-122-07