地理信息系統(tǒng)在露天開采金屬礦山測量中的應(yīng)用

李玉梅，杜祥亭

(青海省地礦測繪院，青海 西寧 810012)

礦山開采和測量都是具有較大難度的工作，因?yàn)榈匦巍⒌貏莸膹?fù)雜情況，以及對礦井內(nèi)部的工作環(huán)境不夠了解，所以容易給工作帶來很多困難，不能根據(jù)礦井內(nèi)部的實(shí)際情況制定安全、高效的測量計(jì)劃，對工作進(jìn)程的控制能力弱，不容易確保測量人員的工作安全。而GIS系統(tǒng)能夠幫助測量人員收集礦區(qū)內(nèi)部信息，并通過建立模型，把礦區(qū)內(nèi)部的實(shí)際情況通過三維模擬圖展現(xiàn)出來，讓工作人員了解礦井內(nèi)部的地理?xiàng)l件，熟悉自己的工作環(huán)境，以更安全、更科學(xué)的方法來開展礦區(qū)工作。

1 信息系統(tǒng)介紹

1.1 概念

信息系統(tǒng)是一種可用來測量地理信息的技術(shù)系統(tǒng)，簡稱為GIS，他把計(jì)算機(jī)技術(shù)、地圖學(xué)、地理學(xué)結(jié)合在一起，能夠收集和處理地理空間信息，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)收集和處理礦山周圍的所有地理信息，包括該區(qū)域上部的大氣層信息。在該系統(tǒng)中，可以查詢各地區(qū)的地理信息，根據(jù)地理數(shù)據(jù)分析礦區(qū)地理狀況。他不僅在礦山測量和開采方面有積極作用，在幫助警察追蹤嫌犯、地質(zhì)勘探等方面的工作中也有重要作用。

1.2 特點(diǎn)

GIS中存儲有大量的地理信息數(shù)據(jù)，在各領(lǐng)域中的信息系統(tǒng)相互連接，信息互通、數(shù)據(jù)共享，所以該系統(tǒng)具有信息多元、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)；該系統(tǒng)可以收集不同時間段、不同地理位置的信息，并且可以追蹤地理信息的變化，實(shí)時更新。同時，除了收集地表信息以外，他還能探測空間各個方位包括大氣層數(shù)據(jù)，所以具有時空性特點(diǎn)；他能夠管理和分析多樣的地理信息，對環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)；他可以利用數(shù)據(jù)建立地理模型，除了分析地理數(shù)據(jù)外，還可以預(yù)測地理?xiàng)l件的變化，預(yù)估地理狀況變化結(jié)果，并得到變化后的數(shù)據(jù)信息。

1.3 功能

GIS功能全面，在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用。他可以實(shí)現(xiàn)分析地理數(shù)據(jù)的整個過程，從數(shù)據(jù)測量、采集、存儲、分析、運(yùn)算、預(yù)測、得出結(jié)果等，為地理工作人員提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。GIS可以應(yīng)用在礦區(qū)工作中，幫助收集礦區(qū)地理信息并分析地理?xiàng)l件，包括礦區(qū)周圍的建筑等情況，分析周圍建筑對礦區(qū)工作的影響程度。GIS可以通過數(shù)據(jù)建模把礦區(qū)的整體情況以三維模擬圖的形式展現(xiàn)出來，讓礦區(qū)工作人員可以更加直觀地了解到礦區(qū)內(nèi)部的具體地理?xiàng)l件，熟悉工作環(huán)境，根據(jù)模型圖分析礦區(qū)工作的重難點(diǎn)，并討論出更加完備、更加安全的工作方案。

2 系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

由于GIS本身的特點(diǎn)和功能，所以在礦區(qū)工作中已經(jīng)將該系統(tǒng)作為常用的測量手段，應(yīng)用于礦區(qū)測量和開采工作的各個方面。在國外，該系統(tǒng)在礦區(qū)工作中應(yīng)用較早，經(jīng)過長期的系統(tǒng)應(yīng)用，以及在礦區(qū)工作中對該系統(tǒng)的分析效果進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，使得國外的GIS更加成熟，系統(tǒng)運(yùn)行更加符合礦區(qū)的實(shí)際地理?xiàng)l件，指導(dǎo)效果更好。而GIS在我國應(yīng)用晚，雖然它為我國的礦區(qū)開采和測量工作帶來了很多好處，但是在礦區(qū)實(shí)際應(yīng)用工作中還是存在不少問題，需要在以后長期的工作中不斷革新和改進(jìn)[1]。比如，利用GIS的三維模擬圖來展現(xiàn)礦區(qū)地理狀況時，對于一些規(guī)模大、地理?xiàng)l件復(fù)雜的礦區(qū)，GIS不能將礦區(qū)各處的信息都展現(xiàn)出來，數(shù)據(jù)收集不完整，礦區(qū)工作人員對礦區(qū)內(nèi)部的地理信息了解不足，給測量和開采工作帶來不確定性，影響測量工作的決策準(zhǔn)確性，不能保障礦區(qū)工作人員的工作安全。再如，該系統(tǒng)只能測量地理信息，但是卻不可以幫助礦區(qū)人員分析礦區(qū)資源的各金屬元素儲量，比如，表1是青海省的馬海鉀礦區(qū)中鉀元素的儲量表，GIS系統(tǒng)能夠分析該金屬礦地理?xiàng)l件以及礦井內(nèi)部的工作環(huán)境，但是在確定元素含量方面的功能還有欠缺。所以，我國還需要在平常的礦區(qū)測量工作中，認(rèn)真總結(jié)GIS系統(tǒng)的運(yùn)行效果，并根據(jù)礦區(qū)工作實(shí)際不斷改進(jìn)系統(tǒng)不足，彌補(bǔ)系統(tǒng)在礦區(qū)工作應(yīng)用中的漏洞，使該系統(tǒng)的功能不斷完善。

表1 馬海鉀礦儲量 萬t

3 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)融合

GIS系統(tǒng)自身可以收集礦區(qū)地理信息，也可以和其他的礦區(qū)測量工作連接，將所有測量設(shè)備中的測量數(shù)據(jù)都提取到自身系統(tǒng)中，和自身收集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲，并能夠根據(jù)礦區(qū)種類的不同或者礦區(qū)地理?xiàng)l件的不同將信息分類存儲，然后在分析處理時，提取數(shù)據(jù)，建成模型，根據(jù)分析結(jié)果確定礦區(qū)具體位置，根據(jù)GIS三維模擬圖了解礦區(qū)內(nèi)部及周圍的地理信息，指導(dǎo)礦區(qū)工作人員的找礦、測量和開采工作[2]。GIS中包含有各個地區(qū)的地理信息，他能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)融合處理，迅速找到目的信息，并快速提取分析，為礦區(qū)工作節(jié)省時間，提高效率。

3.2 信息管理

礦區(qū)工作中，需要掌握的信息多種多樣，不同的工作內(nèi)容都需要大量準(zhǔn)確的信息來支持。比如，礦區(qū)工作中需要礦區(qū)的具體位置信息、勘測信息、開采信息、礦區(qū)周圍的建筑信息、礦井上下的地理信息、對礦區(qū)地理的變化信息、礦區(qū)安全測量區(qū)域信息等內(nèi)容。GIS系統(tǒng)可以和計(jì)算技術(shù)結(jié)合，收集這些礦區(qū)信息，統(tǒng)一管理，然后在礦區(qū)不同的工作階段提供信息支持。在還沒有應(yīng)用該系統(tǒng)之前，這些信息的收集和管理都是靠人力完成，費(fèi)時費(fèi)力，效率低下，準(zhǔn)確性低，在應(yīng)用了GIS系統(tǒng)以后，礦區(qū)信息收集工作變得更加簡便，管理也更系統(tǒng)、更科學(xué)，可以給礦區(qū)工作提供更準(zhǔn)確的信息。

3.3 建立模型

不同地區(qū)的礦區(qū)地理?xiàng)l件不一，對于一些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的礦區(qū)，不容易探清礦區(qū)內(nèi)部情況，如果貿(mào)然進(jìn)入礦區(qū)測量，可能因?yàn)椴皇煜?nèi)部環(huán)境給測量人員帶來意外傷害，或損壞測量設(shè)備，給礦區(qū)測量工作帶來很大損失。而GIS系統(tǒng)具有建立模型的功能，根據(jù)礦區(qū)數(shù)據(jù)建模分析礦區(qū)內(nèi)部地理?xiàng)l件，并將分析結(jié)果通過三維模擬圖展示出來，用模擬圖反映礦區(qū)內(nèi)部的環(huán)境條件[3]。這種建立模型的方式可以讓測量人員通過模擬圖掌握礦區(qū)內(nèi)部地理狀況，熟悉內(nèi)部工作環(huán)境，增強(qiáng)對測量工作的可控性。

3.4 規(guī)劃資源

我國各行業(yè)對礦產(chǎn)的需求在快速增長，礦產(chǎn)資源消耗程度大，但是開采速度緩慢，難以跟上生產(chǎn)的速度，所以需要對測量出的礦產(chǎn)信息進(jìn)行整理分析，規(guī)劃資源的開采和利用工作。GIS系統(tǒng)中存有全國各地區(qū)的礦產(chǎn)信息和開采現(xiàn)狀，通過分析系統(tǒng)中的礦產(chǎn)信息，了解我國的資源分布以及開采利用情況，可以根據(jù)生產(chǎn)需要分配資源，指導(dǎo)礦山的測量和開采，實(shí)現(xiàn)資源開采地區(qū)和資源需求地區(qū)的對接，把礦山的測量、開采、生產(chǎn)等過程通過文檔、圖片、數(shù)據(jù)等形式詳細(xì)記錄下來，給資源分配和生產(chǎn)工作提供依據(jù)。

3.5 礦山數(shù)字化

礦山的測量和開采工作對工作人員的體力都有很高要求，礦區(qū)所處的地理環(huán)境一般都比較偏僻，地理?xiàng)l件差，地形復(fù)雜，礦區(qū)內(nèi)部的地形也多樣化，工作人員經(jīng)常會遇到崎嶇不平的地理?xiàng)l件，工作環(huán)境艱苦，對他們的體力有很大考驗(yàn)。GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，可以讓測量人員了解工作地區(qū)的地理?xiàng)l件以及礦區(qū)內(nèi)部的工作環(huán)境，讓他們提前做好工作準(zhǔn)備，配備相應(yīng)設(shè)備。能夠把各種測量儀器和系統(tǒng)連接起來，增強(qiáng)儀器工作的智能化，使礦區(qū)工作在數(shù)字化方面邁出了一小步[4]。但是，目前主要的測量和開采工作還是得依靠人力進(jìn)行，所以，我們可以在GIS系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研究一些更先進(jìn)的智能設(shè)備，將這些設(shè)備和系統(tǒng)相連接，通過GIS系統(tǒng)指揮設(shè)備自動化工作。比如，研制一些對地理?xiàng)l件適應(yīng)性較強(qiáng)的機(jī)器人設(shè)備，把他與GIS系統(tǒng)連接在一起，通過GIS制定礦區(qū)測量方案，然后指揮機(jī)器人進(jìn)入礦區(qū)測量。這種將GIS與智能化設(shè)備結(jié)合的數(shù)字技術(shù)，可以將人力解放出來，人們只要做好礦區(qū)測量和開采的監(jiān)督、評估工作就可以了，不用再像以前一樣在礦井中辛苦工作。

3.6 合理生產(chǎn)

利用GIS系統(tǒng)不僅可以讓測量人員直觀地了解到礦井周圍及內(nèi)部的信息，增強(qiáng)工作人員對礦區(qū)測量工作的可控性，保障工作人員的測量安全，還可以預(yù)估礦山的開采和經(jīng)營狀況。他可以估算礦山中的礦產(chǎn)資源量，根據(jù)開采速度計(jì)算生產(chǎn)周期，通過生產(chǎn)情況預(yù)測成本、效益等內(nèi)容[5]。礦區(qū)工作人員可以根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果調(diào)整礦產(chǎn)開采工作，分析開采工作中可以減少成本支出以及提高效益的工作部分，調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，指導(dǎo)礦區(qū)合理開采礦產(chǎn)。

4 應(yīng)用前景

4.1 多元化

礦山勘探、開采、生產(chǎn)都需要收集多元化的信息，礦山測量需要礦區(qū)周圍及礦井上下的地理信息，礦區(qū)開采需要知道礦井內(nèi)部的地質(zhì)信息和開采條件，礦區(qū)生產(chǎn)需要知道礦區(qū)內(nèi)部的資源總量、生產(chǎn)速度、生產(chǎn)周期等信息，GIS系統(tǒng)把這些信息存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一管理，根據(jù)這些信息制定礦產(chǎn)測量、開采工作的工作計(jì)劃和工作進(jìn)度。GIS技術(shù)和其他計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，在測量地理信息、建立模型、展示三維模擬圖的基礎(chǔ)上，增加多元化功能[6]。比如，增加模擬圖的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，利用模擬技術(shù)和模擬圖演示礦區(qū)測量、開采工作的整個過程，分析礦產(chǎn)生產(chǎn)的具體過程，把各地區(qū)的礦產(chǎn)生產(chǎn)狀況通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接在一起，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息互通，并且將礦產(chǎn)需求平臺、銷售平臺也接入到礦產(chǎn)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中，把礦產(chǎn)的開采、生產(chǎn)、經(jīng)營、銷售等多元化的工作內(nèi)容都結(jié)合起來，統(tǒng)一運(yùn)行，建立礦產(chǎn)生產(chǎn)和經(jīng)營多元化信息的共享，加強(qiáng)礦產(chǎn)開采工作各方面的聯(lián)系。

4.2 一體化

GIS系統(tǒng)能夠幫助礦區(qū)工作人員收集、分析、存儲和管理礦區(qū)地理信息，通過三維模擬圖展示礦區(qū)內(nèi)部工作環(huán)境，制定開采方案，預(yù)測礦區(qū)生產(chǎn)工作，礦產(chǎn)開采更加系統(tǒng)化、一體化。該系統(tǒng)可以幫助工作人員實(shí)現(xiàn)對整個礦區(qū)工作的監(jiān)控，并實(shí)時傳遞測量、開采信息，更新礦區(qū)的地理環(huán)境數(shù)據(jù)。礦區(qū)的各部分工作都可以通過GIS系統(tǒng)來協(xié)調(diào)安排，礦產(chǎn)生產(chǎn)過程更合理。

5 結(jié) 語

GIS系統(tǒng)在礦區(qū)工作中有積極作用，他幫礦區(qū)工作人員減少了很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)測量以及信息管理工作，能讓工作人員更加了解工作環(huán)境，增加工作安全性；能夠幫助資源部門指導(dǎo)資源開采工作，分配資源；增強(qiáng)了礦山生產(chǎn)工作的智能程度，使生產(chǎn)工作一體化、系統(tǒng)化，生產(chǎn)更合理。但是該系統(tǒng)在礦區(qū)工作中的應(yīng)用并非面面俱到，我們還需要在以后的礦區(qū)工作實(shí)踐中，不斷革新系統(tǒng)，提高系統(tǒng)應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔琛, 周翠風(fēng). 分析地理信息系統(tǒng)在礦山測量中的應(yīng)用實(shí)踐[J]. 世界有色金屬, 2016(13): 25-26.

[2] 李琳. 地理信息系統(tǒng)在礦山測量中的應(yīng)用研究[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2017(23): 142.

[3] 趙方. 探究地理信息系統(tǒng)在礦山測量中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2017, 14(1): 34-35.

[4] 胡守勤. 淺談地理信息系統(tǒng)在礦山測量中的應(yīng)用[J]. 工程技術(shù): 文摘版, 2016(6): 00239.

[5] 肖建忠. 測繪新技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向, 2015(4): 184-185.

[6] 張敏. 地理信息系統(tǒng)在礦山測量中的應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì), 2015(8): 28-29.