礦山道路選線設計中地理信息系統(tǒng)的應用研究

龔選林

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

礦山道路的建設，是為了滿足礦山生產(chǎn)生活的需求，具體包括生產(chǎn)干線、生產(chǎn)支線、聯(lián)絡線和輔助線。目前，我國礦山建設增速，由于大多礦區(qū)都位于還未開發(fā)的大山之中，山高林密、地形復雜，在礦山建設前期業(yè)主一般不會投入大量資金對區(qū)域地質及地形地貌進行詳細勘察，只會在技術經(jīng)濟分析結果出來并確認經(jīng)濟效益較好的前提下才會做具體的工作。而礦山道路是聯(lián)系礦區(qū)各個工業(yè)場地的，其線路選擇是否經(jīng)濟合理關乎著整個項目是否能夠實施的基礎條件之一。綠水青山就是金山銀山，礦山道路路線選擇是否合理，不但關系著礦山能否順利建設，還對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境有著重要影響。基于此，本文提出應用地理信息系統(tǒng)，輔助開展礦山道路選線設計，保證設計的科學性和合理性。

1 礦山道路選線設計要點分析

以露天礦山道路設計為例，露天礦山道路是整個礦區(qū)范圍內(nèi)，用于行駛礦用自卸汽車，或者聯(lián)系礦區(qū)內(nèi)各工業(yè)場地、各車間、廠房的道路。按照性質指標劃分，礦山道路分為生產(chǎn)干線、生產(chǎn)支線、聯(lián)絡線和輔助線。露天礦山道路的設計要滿足相應的技術指標。表1為礦山道路建設主要技術指標。

表1 露天礦山道路技術指標（部分數(shù)據(jù)）

2 地理信息系統(tǒng)在道路選線中的具體應用

2.1 GIS概述

GIS作為新型技術，被廣泛的應用于道路選線工作中，尤其是，數(shù)字城市以及虛擬社區(qū)等的發(fā)展，帶動著GIS技術的應用和發(fā)展。目前，GIS技術的應用，涉及到以下領域：測繪以及地圖制圖；資源管理；災害監(jiān)測以及環(huán)境保護等。在道路選線中，GIS的具體應用為輔助決策系統(tǒng)，具有空間可視化功能，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)源以及空間分析模型的構建，包括空間定性功能和定量功能等，功能較強。地理信息系統(tǒng)的應用，能夠為設計人員，提供可視化的選線環(huán)境、空間數(shù)據(jù)結構，比如柵格和矢量，以及空間數(shù)據(jù)，包括地形信息和地貌數(shù)據(jù)等?；贕IS的公路選線設計，因為模型不同，方法多樣?，F(xiàn)結合數(shù)字高程建模法，進行如下分析。

2.2 數(shù)字高程建模法的應用

（1）建模。在礦山道路選線設計中，應用地理信息系統(tǒng)，使用數(shù)字高程模型，對礦區(qū)地面原始地形進行描述，能夠提高設計的效率，保證數(shù)據(jù)的準確性。在進行DEM構建時，因為只有有限個離散點的實際測量高程數(shù)據(jù)，其余空白區(qū)域需要依靠空間插值運算，進而獲得近似值。礦區(qū)地表地形作為礦山公路選線設計的主要依據(jù)，其直接影響著公路設計?；诖?，依托地理信息系統(tǒng)，先要構建礦區(qū)地表地形模型。模型的構建，基礎資料為礦區(qū)地質勘察資料?，F(xiàn)階段，地質勘查單位多使用地質資料管理系統(tǒng)，比如MapGIS，能夠自動生成數(shù)字地質地形圖，為礦區(qū)地表地形模型的構建，提供了有力的條件[1]。

（2）實現(xiàn)方式。依據(jù)礦山道路選線設計基本原理以及方法，采用礦區(qū)DEM進行定線，其本質上是依據(jù)地形坡度和坡向等，明確礦山道路的具體走向。結合工程設計實際需求，可采取以下實現(xiàn)方式：先按照一定高差，利用礦區(qū)DEM，制作等高線圖，需要保證足夠的精度。接著在等高線圖上，利用等步距搜索，搜索臨近高程點。

目前，在礦山道路選線設計中，可利用的地理信息系統(tǒng)軟件類型較多，以Arcgis為主，其憑借自身較強的地理信息處理分析能力，被廣泛的應用。在實際應用中，結合運用CAD軟件，能夠實現(xiàn)礦山道路選線設計。利用Arcgis10.0軟件的數(shù)字高程模型構建功能，能夠生成礦山數(shù)字模型。不過其二維制圖能力不足，因此需要結合運用CAD軟件，生成路線平面圖。實現(xiàn)思路如下：使用Arcgis10.0軟件，建立礦區(qū)地形DEM，生成等高線圖，生成極限為柵格大小。接著，使用CAD軟件的自主匯編語言VBA，進行程序編寫，設計一個交互式窗體設計界面。當明確公路路線設計起點、中間控制點以及終點后，向計算機系統(tǒng)，輸入設計縱向坡度，獲得縱坡條件下的礦山道路選線設計方案[2]。

為了選到能夠達到坡度要求的控制點，建議采取反復作圓的方式。選定礦山道路路線的起終點、中間控制點以及縱向坡度后，基于使用Arcgis10.0軟件建立的DEM模型提取的等高線圖，在CAD軟件制圖環(huán)境中，以起點作為第一個圓的圓心，依據(jù)經(jīng)過單位高差換算出的平面投影長度為半徑，制作第一個圓。接著，從起點到終點的方向，綜合考慮每條等高線，以前一個圓以及與其相應的等高線的交點為圓心，以單位平面投影長度為半徑，制作其他的圓，反復進行上述畫圓操作，直至線路終點。上述操作完成后，將所記錄的所有交點作為控制點。將起終點和上述控制點逐一相連，即形成了初選的道路中心線。在作圓時，可能有多個交點，對于交點的選擇，按照兩點之間直線最短的理論。先連接公路起點和終點，在縱坡條件滿足要求的前提下，上述起點和終點之間的連線即可作為選定的道路中心線。如果縱坡條件不滿足要求，則按照就近原則，選擇靠近起終點的連線的交點作圓。在選擇時，以夾角大小為指標，夾角越小，則證明越靠近道路起終點連線，道路工程量越小。

3 礦山道路選線設計實例分析

以A礦山公路建設項目為例，道路等級為三級，長度為8840m?；诳尚行匝芯繄蟾嬉约暗刭|實際情況等資料，確定道路參數(shù)如下：①道路路面寬是25m；②路基寬是30m；③最大縱坡是7%；④最小轉彎半徑是45m；⑤挖方邊坡為1:0.5；⑥填方邊坡為1:1.5。在道路選線設計中，使用Arcgis10.0軟件，構建出礦區(qū)DEM模型?；谏傻牡雀呔€圖，將山頂設為起點，以山下公路入口為終點，使用CAD編制的程序，利用計算機快速制作在縱坡要求下的礦山道路路線方案。利用計算機，能夠自動繪制出道路路線，顯示為綠線和紅線。1號線是10%縱坡條件下的礦山道路路線；2號線是9%縱坡條件下的礦山道路路線。從應用效果來說，利用地理信息系統(tǒng)，包括Arcgis10.0軟件和CAD軟件等，進行礦山道路選線設計，能夠實現(xiàn)在設定道路縱坡條件下自動繪制道路路線。

圖1 基于地理信息系統(tǒng)進行道路選線初步效果圖

4 結語

綜上所述，依托地理信息系統(tǒng)構建礦區(qū)DEM模型，基于DEM模型進行礦山道路選線設計，能夠在缺少詳細地形地質資料的情況下大大提高設計效率，確保路線選擇的經(jīng)濟性、科學合理性。

[1]張俊,羅瑩琳.GIS在公路路線設計中的應用[J].交通世界,2016(32):6-7.

[2]黃其沖,胡俊,肖飛.地理信息系統(tǒng)在礦山公路選線設計中的應用[J].采礦技術,2014(3).