王斌強(qiáng)，張 磊，孫永華，陳俊良，李連合

（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京 102206）

DTM法在盜采礦產(chǎn)資源價(jià)值鑒定中的應(yīng)用

王斌強(qiáng)，張 磊，孫永華，陳俊良，李連合

（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京 102206）

DTM（Digital Terrain Models，簡(jiǎn)稱 DTM）土石方計(jì)算法，是指利用實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，用以計(jì)算給定區(qū)域內(nèi)的土石方量。目前，該方法已廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量領(lǐng)域的土方平衡和計(jì)算工作。在北京地區(qū)首次將DTM土石方計(jì)算法應(yīng)用于非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源價(jià)值鑒定中，并以北京市順義區(qū)木林鎮(zhèn)非法開(kāi)采建筑用砂石礦為例，通過(guò)方法應(yīng)用、過(guò)程研究、計(jì)算分析等工作，準(zhǔn)確計(jì)算了該地區(qū)建筑用砂石礦的非法開(kāi)采量，與非法開(kāi)采行為人供述的盜采方量吻合，得到了相關(guān)部門的認(rèn)可。研究表明，DTM法能夠準(zhǔn)確計(jì)算非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源的數(shù)量，在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源價(jià)值鑒定中具有良好的應(yīng)用前景。

非法采礦；DTM；土石方計(jì)算；礦產(chǎn)資源

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，礦產(chǎn)資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用越來(lái)越重要。礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)對(duì)一個(gè)國(guó)家的建設(shè)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。然而由于利益的驅(qū)使，部分企業(yè)和個(gè)人以犧牲資源環(huán)境、財(cái)產(chǎn)生命為代價(jià)，進(jìn)行非法采礦、破壞性采礦，造成礦產(chǎn)資源破壞、生態(tài)環(huán)境惡化、國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失的嚴(yán)重后果（洪妍，2015）。2005年北京市國(guó)土資源局印發(fā)了《北京市非法采礦、破壞性采礦造成礦產(chǎn)資源破壞價(jià)值鑒定實(shí)施辦法》，要求對(duì)這一系列的違法行為進(jìn)行嚴(yán)厲打擊（北京市國(guó)土資源局，2005）。工作主旨是對(duì)行為人非法開(kāi)采的礦產(chǎn)資源種類和數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確認(rèn)定，以便刑偵人員對(duì)非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源的行為進(jìn)行調(diào)查，為法院的判決提供可靠依據(jù)。

DTM（Digital Terrain Models）指數(shù)字地面模型，它是地形起伏的數(shù)字表達(dá)，代表著不規(guī)則三角網(wǎng)。DTM土石方計(jì)算法，是以野外采集的測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立DTM模型生成三角網(wǎng)（即相鄰的三個(gè)點(diǎn)連成互不重疊的三角形）來(lái)計(jì)算每一個(gè)三棱錐的挖填方量，最后累積得到指定范圍內(nèi)的土石方挖方量與填方量。在實(shí)際工作中，常規(guī)的土石方測(cè)量計(jì)算的方法有剖面法（也稱斷面法）、方格網(wǎng)法、平均高程法和DTM法。由于不同的計(jì)算方法原理和過(guò)程不同，故產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果也略有不同。王洪光等（2012）在《淺談土石方測(cè)量方法及其在工程中的應(yīng)用》中指出，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，無(wú)論是剖面法還是方格網(wǎng)法，其工作量都較大，而且一旦選定剖面或方格網(wǎng)的起始邊便很難反映現(xiàn)狀的實(shí)際特征，使得計(jì)算出來(lái)的方量與實(shí)際方量有較大的出入。平均高程法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以建立，其計(jì)算精度與測(cè)量現(xiàn)狀地形地貌相關(guān)聯(lián)，越是接近原始地貌，土方才能越精確。DTM法是由一系列三角網(wǎng)構(gòu)成，系統(tǒng)性能優(yōu)越，能克服由于地形起伏引起的冗余數(shù)據(jù)的問(wèn)題，同時(shí)野外施測(cè)方便，計(jì)算精度也是高于剖面法、方格網(wǎng)法和平均高程法。才永吉等（2015）在《基于CASS7.1對(duì)江倉(cāng)礦區(qū)露天煤礦挖填土石方量計(jì)算方法比選》中，應(yīng)用方格網(wǎng)法、斷面法和DTM法分別對(duì)采集的青海江倉(cāng)礦區(qū)某礦坑數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與已經(jīng)獲得的真值對(duì)比，將已獲得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的江倉(cāng)礦區(qū)的其他露天礦坑土方量計(jì)算的結(jié)果和計(jì)算方法對(duì)比，結(jié)果顯示江倉(cāng)礦區(qū)土方量計(jì)算應(yīng)用DTM法計(jì)算的結(jié)果較其他計(jì)算方法更準(zhǔn)確。大量的研究和實(shí)踐表明DTM法在計(jì)算土石方這項(xiàng)工作中具有可靠的精度和廣泛的應(yīng)用性（吳清海，2008；陳黎陽(yáng)，2010；李英龍等，2005；馮瓊瑛等，2014；常青，2013；李志林等，2000）。

在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源價(jià)值鑒定中，利用DTM法對(duì)非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源的方量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，在北京地區(qū)尚未開(kāi)展?；诖?，本文選擇了北京市順義區(qū)木林鎮(zhèn)非法開(kāi)采建筑用砂石礦為研究對(duì)象，通過(guò)DTM方法應(yīng)用、過(guò)程研究、計(jì)算分析，準(zhǔn)確獲得了非法開(kāi)采方量，并與非法開(kāi)采行為人供述的方量吻合，計(jì)算結(jié)果得到了相關(guān)部門的高度認(rèn)可。研究表明DTM法計(jì)算的非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源方量具有較高的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和可靠性，在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源價(jià)值鑒定中具有良好的應(yīng)用前景。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北京市順義區(qū)木林鎮(zhèn)，地處順義、密云、懷柔三區(qū)縣交界，北倚燕山，西臨潮白河，海拔為35～80m，地勢(shì)較為平坦，地下蘊(yùn)藏豐富的建筑用砂石礦產(chǎn)資源（圖1）。近年來(lái)，盡管國(guó)土資源有關(guān)部門嚴(yán)厲打擊非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源，然而該地區(qū)的盜采行為仍然時(shí)有發(fā)生，造成了該地區(qū)礦產(chǎn)資源破壞、生態(tài)環(huán)境惡化、國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失的嚴(yán)重后果。

圖1 研究區(qū)域地理位置圖Fig. 1 Geographical location map of the study area

2 數(shù)據(jù)采集

為了準(zhǔn)確計(jì)算出非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源的方量，首先在當(dāng)?shù)貒?guó)土分局和刑偵民警的配合下對(duì)非法開(kāi)采范圍及邊界進(jìn)行確認(rèn)。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，非法開(kāi)采區(qū)域?yàn)椴灰?guī)則形狀砂石坑，長(zhǎng)65.4m、寬30.2m、最大深度18.3m（圖2）。

技術(shù)人員利用全站儀和GPS-RTK對(duì)指定范圍內(nèi)的地形進(jìn)行了地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）數(shù)據(jù)采集。對(duì)于坑內(nèi)地勢(shì)平緩地區(qū)數(shù)據(jù)采樣間隔可為5～10m，對(duì)于開(kāi)采面上的斜坡數(shù)據(jù)采樣間隔為1～5m。在保證精度的情況下，數(shù)據(jù)采樣間隔越小，DTM模型就越接近實(shí)測(cè)地形，亦能更加準(zhǔn)確的計(jì)算出實(shí)際方量。最后，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X，并存儲(chǔ)為“*.dat”格式，再編輯成CASS7.0繪圖軟件能接受的格式。

圖2 非法開(kāi)采區(qū)域現(xiàn)狀及范圍Fig.2 Status and scope of illegal mining area

3 計(jì)算過(guò)程

DTM土石方計(jì)算法是在CASS7.0繪圖軟件中實(shí)現(xiàn)的，CASS7.0繪圖軟件是基于AutoCAD平臺(tái)技術(shù)的數(shù)字化測(cè)繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其工程應(yīng)用模塊可精確計(jì)算土石方量。

（1）建立DTM

DTM的建立方式可以選擇編輯好的數(shù)據(jù)文件，也可以選擇由圖面選取的高程點(diǎn)生成。一般選擇由圖面高程點(diǎn)生產(chǎn)，這樣能夠直觀有效地從圖面直接選取有利于DTM建立的離散點(diǎn)高程數(shù)據(jù)。

（2）圖面DTM完善

根據(jù)地形特征信息及有效范圍邊界對(duì)初級(jí)三角網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形調(diào)整。這樣可使得建模流程思路清晰，易于實(shí)現(xiàn)。

（3）參數(shù)選擇

在計(jì)算前，確認(rèn)計(jì)算參數(shù)（場(chǎng)平標(biāo)高）非常關(guān)鍵。從非法開(kāi)采區(qū)的礦層剖面圖上可以看出（圖3），從地表向下約2.8m的厚度為沙土，2.8m以下為砂礫石（建筑用砂石礦）。根據(jù)當(dāng)?shù)貒?guó)土分局、刑偵部門共同確認(rèn)的結(jié)果，本次計(jì)算參數(shù)以地表下2.8m、實(shí)測(cè)標(biāo)高為41.7m為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源土石方計(jì)算，地表沙土不參與計(jì)算結(jié)果。

圖3 非法開(kāi)采區(qū)礦層剖面圖Fig. 3 Illegal mining area ore section

4 計(jì)算結(jié)果

為了更加清楚的表述DTM法計(jì)算的結(jié)果，我們通過(guò)實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)繪制了非法開(kāi)采區(qū)地形剖面（圖4a），并通過(guò)實(shí)測(cè)地形剖面模擬還原了非法開(kāi)采前礦層模型（圖4b）。經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，指定范圍的非法開(kāi)采區(qū)表面積2136.78 m2，水平投影面積1590.7m2，最小高程28.56m，以41.70m為計(jì)算參數(shù)（場(chǎng)平標(biāo)高），DTM計(jì)算出來(lái)的非法開(kāi)采方量為12966.1m3，該計(jì)算結(jié)果與非法開(kāi)采行為人供述的方量吻合。

5 結(jié)論

（1）利用DTM法計(jì)算了北京市順義區(qū)木林鎮(zhèn)非法開(kāi)采建筑用砂石礦的方量，計(jì)算結(jié)果為12966.1m3，與非法開(kāi)采行為人供述的盜采方量吻合，得到了相關(guān)部門的認(rèn)可，充分表明該方法計(jì)算準(zhǔn)確、精度可靠。

圖4 非法開(kāi)采區(qū)實(shí)測(cè)地形剖面（a）及模擬還原的非法開(kāi)采前礦層模型（b）Fig. 4 Measured terrain profile in illegal mining area （a） and the bed model before simulation of illegal mining reduction

（2）DTM法計(jì)算的非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源方量具有較高的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和可靠性。在保證精度的條件下該方法也可以廣泛的應(yīng)用于同類型項(xiàng)目之中。

（3）DTM法的計(jì)算結(jié)果主要取決于面積和計(jì)算參數(shù)（場(chǎng)平標(biāo)高），在實(shí)際工作中對(duì)于這兩個(gè)因素的選取，要持有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貞B(tài)度，需經(jīng)過(guò)多方面核實(shí)才可使用。同時(shí)，數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的密度也是決定DTM法土石方計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵。

［1］洪妍. 礦產(chǎn)資源犯罪的現(xiàn)狀與立法研究——以甘肅省礦產(chǎn)資源犯罪為視角［D］. 甘肅：甘肅政法學(xué)院，2015.

［2］北京市國(guó)土資源局. 北京市國(guó)土資源局關(guān)于印發(fā)北京市非法采礦、破壞性采礦造成礦產(chǎn)資源破壞價(jià)值鑒定實(shí)施辦法的通知［N］. 北京市人民政府公報(bào)，2005-11-10（21）.

［3］王洪光，程進(jìn)明. 淺談土石方測(cè)算方法及其在工程中的應(yīng)用［J］. 現(xiàn)代測(cè)繪，2012，35（4）：44～46.

［4］才永吉，寧黎平，程璐. 基于CASS7.1對(duì)江倉(cāng)礦區(qū)露天煤礦挖填土石方量計(jì)算方法比選［J］.工程勘察，2015，43（12）：60.

［5］吳清海. 基于CASS繪圖軟件的露天礦采剝工程量計(jì)算［J］. 礦業(yè)工程，2008，28（6）：22～23.

［6］陳黎陽(yáng). 土方測(cè)量計(jì)算方法比較研究［J］. 現(xiàn)代測(cè)繪，2010，33（5）：36～38.

［7］李英龍，董通生. 非法采礦破壞的資源價(jià)值及其鑒定方法初探［J］. 中國(guó)工程科學(xué)，2005，7（S1）：252～255.

［8］馮瓊瑛，肖敏，楊鋒，梁曉軍. CASS7.0土方量計(jì)算方法分析比較［J］. 地理空間信息，2014，12（6）：170～172.

［9］常青. 工程土方量計(jì)算方法的對(duì)比研究［J］. 城市地質(zhì)，2013：8（3）：44～46.

［10］李志林，朱慶.數(shù)字高程模型［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2000：1～296.

The Application of DTM Method in Identifying Mineral Resource Values by the Illegal Mining

WANG Binqiang， ZHANG Lei， SUN Yonghua， CHEN Junliang， LI Lianhe
（Beijing Geological Survey， Beijing 102206）

DTM method （Digital Terrain Model） for earthwork calculation， refers to using the measured terrain points and feature points to establish triangulation network， and to calculate the earthwork volume for a given area. At present， this method has been widely used in the feld of engineering measurement earthwork balance and calculation. It's the frst time that DTM earthwork calculation has been applied to identify mineral resource values by illegal exploitation in Beijing area， and take the illegal mining sand and gravel as a case in Mulin Town， Shunyi District， Beijing. By application method， process research and calculation analysis， we have accurately calculated the illegal mining volumes of sand and gravel in the area， which are accordant with statement ones by the illegal mining persons. The method has been recognized by the relevant departments. So DTM has the application prospects to estimate the mineral resource volumes by illegal exploitation and to identify their values.

Illegal mining； DTM； Earthwork calculation； Mineral resources

TD824；TU751

A

1007-1903（2016）03-0087-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.017

王斌強(qiáng)（1985- ），男，工程師，主要從事地質(zhì)測(cè)繪研究工作；E-mail：wbqceliang2008@163.com。