基于文件的礦圖要素分類與分層研究

吳慶忠,李 博,史經華

(徐州師范大學測繪學院，江蘇 徐州 221116)

礦圖由圖例符號表示的礦圖要素及其空間定位，按一定的比例繪制而成，是礦山企業(yè)重要的基礎性技術資料，對礦山企業(yè)的開采設計與安全生產具有十分重要的作用。礦圖種類繁多，一般分為礦井測量圖、礦井地質圖和專題礦圖三大類20余種圖紙。這些種類繁多的礦圖相互關聯(lián)，所包含的元素相互交叉。目前，我國各礦山企業(yè)已基本普及計算機繪圖技術，繪圖軟件也有多種。由于AutoCAD系列版本的繪圖軟件具有易學、易用且功能強大等特點，已廣泛應用于礦圖繪制與開采設計領域。由于缺乏對礦圖要素進行科學合理的分類與分層表示的研究，礦圖繪制技術存在著數(shù)據(jù)冗余嚴重、要素表達不一致、繪制精度不一致、圖形更新不同步、數(shù)據(jù)難以融入GIS等問題。因此，開展對礦圖要素的系統(tǒng)分析與研究，進行科學分類、合理分層、優(yōu)化組合，為基于文件的礦圖繪制系統(tǒng)奠定理論基礎，具有十分重要的意義。

1 礦圖的特點

(1)礦圖種類的多樣性：礦圖涉及地質、測量、采礦、通風、安全、機電運輸?shù)榷鄠€礦山專業(yè)技術，是反映礦井地質條件和采掘工程活動情況等各類圖件的總稱。礦圖依據(jù)功用不同，被劃分為如采掘工程平面圖、井上下對照圖、礦井地質圖、煤層底板等高線圖等20余種。其中，常用礦圖有15種，主要礦圖有8種。

(2)礦圖繪制的延續(xù)性：在整個礦山的建設和生產期間，隨著采礦工程的進展，礦圖的內容也在不斷地進行增加、修改和補充。因此，礦圖繪制是一個經常性和長期性的工作。

(3)礦圖的區(qū)域性：礦圖是建立在大地坐標系統(tǒng)下的礦山地理空間信息載體。針對不同的礦山企業(yè)，井田范圍有著嚴格的界限。因此，礦圖具有明顯的區(qū)域性。

(4)礦圖的相關性：由于礦圖涉及多個專業(yè)領域，且種類繁多，各礦圖之間互為基礎，內容相互交叉，繪制過程也是交替進行。因此，礦圖具有很強的相關性。

2 當前礦圖繪制技術存在的問題

經過多年的礦圖數(shù)字化進程，計算機繪圖系統(tǒng)已在礦山得到了廣泛的應用，為礦山的開發(fā)與建設、礦山技術現(xiàn)代化等作出了巨大的貢獻。目前，我國各礦山企業(yè)已基本普及計算機繪圖，繪圖軟件也是多種多樣，但是普遍存在以下問題：

(1)缺乏對礦圖要素的系統(tǒng)分析與研究，對礦圖要素的分類與分層表示不夠科學合理，沒有形成一個統(tǒng)一的行業(yè)標準，礦圖制作與生成的自動化程度不高。

(2)在各類礦圖的繪制方案上，沒有充分考慮礦圖之間的相關特性，每種礦圖被作為一個獨立的圖形文件繪制、編輯和保存。因此，對于礦圖之間的公共要素及各類相關要素，在不同礦圖中將被重復多次繪制，導致不同礦圖間相同要素表達的不一致、繪制精度的不一致和礦圖更新的不同步，且整個礦圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余嚴重，難以實現(xiàn)與GIS數(shù)據(jù)的融入。

3 基于文件的礦圖系統(tǒng)簡述

3.1 系統(tǒng)構建的基本思路

針對當前礦圖繪制技術存在的問題和不足，本文在前期研究的基礎上，提出“基于文件的礦圖系統(tǒng)”。該系統(tǒng)對礦圖所涉及的全部要素進行系統(tǒng)的分析與研究，在內容上打破單一圖件的界限，以礦圖要素為基礎，進行必要地分解與合并，形成各類圖件的基本單元，再經過科學的歸類與分層，統(tǒng)一繪制在同一個總礦圖上，形成一個“礦圖文件”。以目前最為流行的Auto CAD系列繪圖軟件為開發(fā)平臺，充分利用其先進的圖層概念及其操控技術，以單一圖件為目標，通過控制礦圖文件的圖層狀態(tài)，打開與目標圖件相關要素所在的圖層，自動生成所需圖件。從而實現(xiàn)礦圖數(shù)據(jù)的冗余最小、要素表達一至、繪制精度一致和各類圖件更新同步的目標，同時也解決了與GIS數(shù)據(jù)融入的問題。

基于文件的礦圖系統(tǒng)，是一個以礦山企業(yè)為單位的專用服務局域網絡(或工作站)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以礦圖文件為礦山地理空間信息基礎數(shù)據(jù)庫，并存儲于系統(tǒng)服務器存儲設備中，以若干專業(yè)技術應用(如地質、測量、采礦設計、通風安全、機電運輸?shù)?為終端，分別賦予不同的編輯修改及訪問權限，共同構建和共享礦圖文件，以滿足礦山建設、生產與管理對礦圖的需求。

3.2 礦圖要素分類與分層的指導思想

根據(jù)基于文件的礦圖系統(tǒng)的基本思路，首先應系統(tǒng)地整理出各類礦圖的屬性、特點及相互關系，其次將所有礦圖元素按屬性和空間位置進行分類并分層表示，形成以礦圖文件為基礎，圖層管理元素、礦圖管理圖層的繪圖機制，通過對圖層進行有機組合與疊加，自動生成所需礦圖。為了滿足各類圖件的專業(yè)性與規(guī)范性，在對礦圖要素進行分類和分層表示時，應遵循以下原則：

(1)礦圖要素分類應完整統(tǒng)一：即保證礦圖要素分類不重、不漏，完整統(tǒng)一；

(2)礦圖要素分類要細化：礦圖要素的分類應盡量細化，有些大的要素可以再進一步分解，使之真正成為構成各類礦圖的基本元素；

(3)圖層設置與分類對應：為使不同圖層所包含的元素不發(fā)生交叉或重疊，圖層設置應與礦圖要素一一對應，即一種要素對應一個圖層。

根據(jù)礦圖要素的空間定位特性，將整個礦山的所有礦圖要素繪制到同一張“總礦圖”上，形成一個礦圖文件。隨著礦山建設與生產的展開，只需在“總礦圖”上進行補充繪制或修改相應礦圖要素，就能實現(xiàn)各類礦圖即時更新的要求。

4 礦圖分類及相互關系分析

4.1 礦圖分類

目前，煤礦生產所用的礦圖種類，可按功用不同和空間位置進行分類。

4.1.1 按功用不同進行分類

一個生產礦井必須具備的圖紙，一般分為三大類：一類是礦井測量圖；第二類是礦井地質圖；第三類是專題礦圖。

礦井測量圖是根據(jù)地面和井下實測資料繪制而成，主要反映井田范圍內地面的地物、地貌情況，井下各種巷道和硐室的位置，礦床產狀和各種地質構造，井下采掘情況及井上下相互位置的關系等情況。

礦井地質圖，一般是在礦井測量圖的基礎上，運用生產過程中收集到的地質資料和原有的勘探資料，經過分析推斷而成。礦井地質圖主要反映全礦煤層的產狀、地質構造、地形地質、水文地質、煤質空間分布等情況。

專題礦圖是為了滿足礦山安全生產和管理工作，根據(jù)礦井測量圖和礦井地質圖的相關要素繪制而成。如采掘設計圖、保護煤柱圖、通風系統(tǒng)圖、避災線路圖、排水系統(tǒng)圖等。

4.1.2 按空間位置進行分類

礦圖所包含的要素不同，主要體現(xiàn)在屬性不同和空間位置不同。其屬性不同，決定了元素歸屬不同的圖層，它直接決定著“總礦圖”模板的質量，也就間接影響著礦圖能否順利地生成。而空間位置的不同，不但決定了元素歸屬不同的圖層，對各類礦圖之間的關系也有影響。礦圖按空間位置可分為四類：

①地面部分：礦圖只包含地面部分的要素；②井下部分：礦圖只包含地下部分的要素；③綜合部分：礦圖同時包含地面和井下部分的要素；④不含空間信息的說明類礦圖：礦圖所包含的元素不含坐標位置數(shù)據(jù)。

4.2 礦圖之間的相互關系

由于礦圖要素在屬性和空間位置上的相關性，各類礦圖之間并不是相互獨立的，而是存在著某種聯(lián)系的。礦圖間的主要關系有：

(1)綜合關系：在不同比例尺礦圖之間，存在著礦圖要素的綜合關系，即大比例尺礦圖經過要素綜合而生成小比例尺礦圖。

(2)包含關系：在空間上和內容上，一種礦圖包含另一種礦圖。如：井田區(qū)域地形圖與工業(yè)廣場平面圖，儲量計算圖與煤層底板等高線圖等。

(3)合成關系：由兩種及兩種以上的礦圖，經過疊加而成一種新的礦圖。如井上下對照圖，是由礦區(qū)地形圖與采掘工程平面圖合成而來。

(4)交叉關系：由兩種或兩種以上礦圖中的相關要素，經過疊加繪制而成的礦圖。如儲量損失量計算圖，是由采掘工程平面圖與煤層底板等線圖或地質構造圖交叉而成。

(5)衍生關系：以一種或多種礦圖為基礎，為滿足特殊需要而制作的專題礦圖。如：各種采掘設計圖、通風系統(tǒng)圖、保護煤柱圖、避災線路圖等。

5 礦圖要素分類與分層表示成果綜述

5.1 礦圖要素的搜集與整理

作為基于文件的礦圖系統(tǒng)的研究基礎，獲取礦圖所包含的所有要素，進行科學的分類分層表示，建立“總礦圖”模板，形成礦圖文件，是能否正確、規(guī)范地自動生成各類礦圖圖件的關鍵所在。礦圖中包含地面和井下兩部分要素，其中地面部分的地物、地貌與常規(guī)地形圖所包含的內容基本一致，只是更突出了礦山地物地位。關于礦山井下部分的礦圖要素，則以《煤礦地質測量圖例》為基礎，來進行搜集整理。據(jù)整理結果顯示，礦圖要素共計有20大類，1121種，礦圖文件(總礦圖)涉及113個圖層。

5.2 常用礦圖包含要素及圖層數(shù)列表見表1

表1 常用礦圖包含要素及圖層數(shù)列表

6 結束語

基于文件的礦圖系統(tǒng)，是當前礦圖繪制技術中的一次方案創(chuàng)新，它摒棄了過去一圖一文件的成圖方法，對礦圖要素及圖層的管理引入了數(shù)據(jù)庫的機制，提出了包含全部礦圖要素的“礦圖文件”概念。該系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)，主要包括兩部分內容，其中第一部分內容就是本文主要討論的礦圖要素的分類、分層表示與優(yōu)化組合；第二部分內容是以Auto CAD系列繪圖軟件為開發(fā)平臺，利用VB、VC或VBA等開發(fā)工具，具體實現(xiàn)礦圖符號庫的建立、礦圖文件的創(chuàng)建及其圖層控制功能。礦圖要素的分類與分層研究，是實現(xiàn)該系統(tǒng)重要的基礎性工作，其目標是將礦圖要素分解為組成各種礦圖的基本單元，并進行分層表示。這一工作的科學性與合理性，直接關系到各種礦圖自動生成的正確性、規(guī)范性和成圖效率。

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