基于地理信息系統(tǒng)的礦山地形圖測(cè)繪模式分析

王子赫，屈怡宏

（1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730207；2.西北師范大學(xué)知行學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

現(xiàn)代科技日新月異，地理信息系統(tǒng)是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，其出現(xiàn)推進(jìn)了地質(zhì)學(xué)的發(fā)展，也對(duì)礦山地形圖測(cè)繪模式的改變產(chǎn)生不可替代的作用。近年來，相關(guān)行業(yè)對(duì)地理信息系統(tǒng)愈加重視，且相關(guān)技術(shù)也得以普及，在計(jì)算機(jī)設(shè)備強(qiáng)大的儲(chǔ)存、編組、分析功能的前提下，地理信息系統(tǒng)占據(jù)強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，改變了傳統(tǒng)地理學(xué)的研究模式。

1 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用原理與優(yōu)勢(shì)

地理信息系統(tǒng)使用過程中，除了具備儲(chǔ)存地理數(shù)據(jù)的功能外，還實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確分析和處理已有數(shù)據(jù)的功能，數(shù)據(jù)得以更加直觀的顯現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)模式可視化效果更好。借助地理信息系統(tǒng)能夠快速找到礦物地理位置，不同時(shí)間段里，地理事物信息在地理信息系統(tǒng)中呈現(xiàn)空間分布的狀態(tài)，將該系統(tǒng)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，使得空間數(shù)據(jù)更具說服力。與此同時(shí)，地理信息系統(tǒng)能夠借助軟件調(diào)整地圖比例，便于人們放大或縮小地圖，得以準(zhǔn)確計(jì)算或分析物體間的距離，也是數(shù)值統(tǒng)計(jì)、疊加分析、緩沖分析工作的重要方式，讓工作人員明確認(rèn)識(shí)到地理空間的重要性。通過地理信息系統(tǒng)對(duì)地理屬性、地理信息進(jìn)行查詢的同時(shí)，還能夠?qū)χ匾乩硇畔⑦M(jìn)行標(biāo)注，可見系統(tǒng)繪圖能力的強(qiáng)大，更顯現(xiàn)了系統(tǒng)的共享性與多維化優(yōu)勢(shì)。在地理信息系統(tǒng)中，礦山的地理事物與礦物屬性及發(fā)展都清晰可見，礦山事物發(fā)展的客觀規(guī)律與過程得以直觀顯示，便于后續(xù)挖掘作業(yè)，礦產(chǎn)資源在板塊運(yùn)動(dòng)與海陸變遷下形成，加之生物的進(jìn)化等，到地理信息系統(tǒng)都可以快捷的被掌握，給地形圖測(cè)繪者帶來了便利條件。

2 基于地理信息系統(tǒng)的礦山地形圖測(cè)繪現(xiàn)狀

2.1 礦山地形圖測(cè)繪中地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用處理適應(yīng)階段

我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技高速發(fā)展，礦產(chǎn)領(lǐng)域的礦山地形圖測(cè)繪技術(shù)也得到發(fā)展，在這樣的情況下，地理信息系統(tǒng)在礦山地形圖測(cè)繪工作中的正確應(yīng)用尤為重要。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)在地理信息系統(tǒng)方面仍有諸多欠缺之處，技術(shù)也不夠先進(jìn)，基于此，國(guó)外一些先進(jìn)技術(shù)涌入國(guó)內(nèi)，但是技術(shù)引進(jìn)不是一朝一夕能夠完成的，需要長(zhǎng)期磨合，在實(shí)踐中對(duì)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，只有這樣才能增加礦山地形圖測(cè)繪精準(zhǔn)度，同時(shí)地理信息系統(tǒng)管理難度也大大增加。

2.2 礦山地形圖測(cè)繪精準(zhǔn)度的發(fā)展

礦山地形圖測(cè)繪相比于平原測(cè)繪難度更大，并且測(cè)繪內(nèi)容復(fù)雜，一般情況下，礦產(chǎn)單位加工礦山地形圖測(cè)繪中高低不平的地理位置設(shè)為重點(diǎn)測(cè)繪對(duì)象，測(cè)繪期間難免出現(xiàn)一些障礙物，可能對(duì)測(cè)繪圖的繪制造成一定影響，因?yàn)榈貏?shì)凹凸不平，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)的信號(hào)接收能力差，在測(cè)繪礦山地形圖過程中，可以利用地理信息系統(tǒng)功能提高測(cè)繪水平與精準(zhǔn)度，使測(cè)繪信息更加準(zhǔn)確。工作期間設(shè)置好障礙區(qū)域以外的圖根點(diǎn)，在地形草圖上標(biāo)注好測(cè)繪坐標(biāo)，聯(lián)系測(cè)繪地點(diǎn)，將補(bǔ)測(cè)區(qū)域地形圖在觀測(cè)地圖上打印出來，最終完成草圖，之后整理所有測(cè)繪文件與地理信息，經(jīng)過校對(duì)、修改、編輯后繪制完整、準(zhǔn)確度高的礦山地形圖[1]。

3 地理信息系統(tǒng)在礦山地形圖繪制中的具體應(yīng)用

3.1 礦山地形圖地理信息數(shù)據(jù)采集與編輯

在全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站內(nèi)，地理信息采集工作完成后，采用空三自動(dòng)回復(fù)技術(shù)針對(duì)模型進(jìn)行立體測(cè)繪，最大化降低誤差值，這樣使立體測(cè)繪的準(zhǔn)確性得以提高。同時(shí)也要注意對(duì)地形地貌高程精度及地物的錯(cuò)漏進(jìn)行嚴(yán)格把控，聯(lián)系礦區(qū)各要素之間相互關(guān)系的綜合分析。開展采集工作前需檢查空三精度，確保精度后再進(jìn)行作業(yè)。采集時(shí)對(duì)外業(yè)施測(cè)的檢查點(diǎn)進(jìn)行檢查，誤差超限點(diǎn)經(jīng)外業(yè)核實(shí)、解決。部分外業(yè)檢查點(diǎn)用于圖面高程注記點(diǎn)，高程注記點(diǎn)一般選在明顯地物點(diǎn)或地形點(diǎn)上，等高線注記合理，其密度滿足技術(shù)要求。所有礦井要實(shí)調(diào)名稱，區(qū)分豎井、斜井、平峒、進(jìn)風(fēng)礦井、排風(fēng)礦井，礦區(qū)內(nèi)各要素間的相互關(guān)系合理[2]。

3.2 地測(cè)數(shù)字化地形圖繪制

地理信息系統(tǒng)測(cè)繪后，能夠得到許多樣板文件，因?yàn)楣こ虉D、地圖的公制與英制單位不同，進(jìn)而需要進(jìn)行分類管理與設(shè)置，大多數(shù)情況下，樣板文件能夠?yàn)榻ㄖD與機(jī)械圖件的形成提供參考依據(jù)。礦山地形圖測(cè)繪過程中，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用能夠提供導(dǎo)向信息，設(shè)置單位為公制，這時(shí)軟件繪圖面積為無限大，相比于無限大，傳統(tǒng)礦井開拓面積不值一提，所以這樣得以滿足全井田地形圖的繪制。

礦山地形多種多樣，通常礦山采掘工程平面圖能夠?yàn)榈匦螆D的繪制提供一些信息，如使用圖層可以結(jié)合圖中地理元素，將地理信息關(guān)聯(lián)到一起，這樣不僅便于圖形操作，還能夠達(dá)到一圖多用的圖形使用目的。主要的圖形包括損失量計(jì)算圖、采掘工程平面圖、水文地質(zhì)圖、煤層底板等高線圖等，在部分內(nèi)容上看，它們之間有很多相似或相同之處，繪制出一個(gè)圖件后，利用圖層進(jìn)行科學(xué)組合則能夠得到其他圖件，大幅度提高了圖形繪制效率。圖層劃分期間要注意圖層的使用要適量，確保鋪層要層次分明，便于操作，還要按照類型專業(yè)等進(jìn)行圖素劃分，層次組合過程中得到多種圖種，但嚴(yán)禁圖種混淆。

3.3 礦山地形圖數(shù)字化輸入

地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)礦山地形圖測(cè)繪數(shù)字化輸入，在這個(gè)過程中，應(yīng)用坐標(biāo)，在精準(zhǔn)定位的位置上進(jìn)行數(shù)字化輸入，比如能夠監(jiān)測(cè)到的地質(zhì)內(nèi)容，地理屬性等。也有一些不能精準(zhǔn)定位的地理位置。針對(duì)這些位置可以采取數(shù)字化的輸入方式進(jìn)行跟蹤輸入，典型數(shù)字化輸入例子包括分叉合并線等。礦山地形圖測(cè)繪工作在交互方式下進(jìn)行，繪圖第一步是打開圖形文件，根據(jù)單位要求或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在礦山地理信息系統(tǒng)中建設(shè)對(duì)話框，有針對(duì)性選擇選項(xiàng)設(shè)計(jì)工作精度與單位等。

3.4 地測(cè)地理信息系統(tǒng)快速靜態(tài)定位應(yīng)用

GIS靜止的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還必要接受來自衛(wèi)星基準(zhǔn)站同步的檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶站的三維坐標(biāo)和整周末數(shù)進(jìn)行解算，直到觀測(cè)解算的數(shù)據(jù)達(dá)到既定的要求為止。對(duì)具體的儀器設(shè)備進(jìn)行跟蹤檢查，通過礦井地測(cè)空間信息系統(tǒng)，再利用新引進(jìn)的設(shè)備，為了保證對(duì)其的使用性能進(jìn)行及時(shí)的跟蹤和維護(hù)，那么就可以通過GIS管理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定位跟蹤，通過在電子錄像的地圖上觀察，從而確保其正常工作[3]。預(yù)先在GIS管理系統(tǒng)中設(shè)定設(shè)備的安全運(yùn)行范圍值，當(dāng)其運(yùn)行過程中超出該范圍值時(shí)，就會(huì)在地圖上出現(xiàn)警報(bào)處理的聲音和圖表顯示，那么監(jiān)督人員就會(huì)根據(jù)聽到的聲音和顏色圖標(biāo)準(zhǔn)確確定是哪里的設(shè)備出現(xiàn)故障，以便及時(shí)進(jìn)行有效防治，并進(jìn)行安全性檢查，降低了設(shè)備故障的發(fā)生率。將點(diǎn)位精度比較高的地方作為控制基點(diǎn)，主要通過對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)，在這個(gè)控制點(diǎn)上觀測(cè)幾分鐘，之后等到所有的儀器設(shè)備完成了初始化工作之后，流動(dòng)站就利用間隔的方式按照既定的采樣過程進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地確定采樣點(diǎn)的空間位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)和基點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步，從而有效提高定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，同時(shí)節(jié)省了大量的人力和時(shí)間的投入，提高了工作效率。通過地測(cè)地理信息系統(tǒng)在GIS管理系統(tǒng)中地圖導(dǎo)出各個(gè)時(shí)間段的信息來進(jìn)行分類檢查管理，從而減少了人力記錄的麻煩和提高了精確度，節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力的投入[4]。

3.5 圖像管理與圖片輸出

當(dāng)?shù)V業(yè)是大型企業(yè)時(shí)，那么就需要對(duì)設(shè)備管理進(jìn)行不同類型設(shè)備圖像進(jìn)行分層次管理，這樣員工在操作過程中，就能夠及時(shí)對(duì)要查看的對(duì)象進(jìn)行選擇，不需要逐個(gè)搜索，提高了工作效率。當(dāng)企業(yè)需要對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中，某個(gè)階段的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行查看時(shí)，就可以通過GIS機(jī)電設(shè)備精細(xì)化管理系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)地圖上的圖片進(jìn)行完整輸出，方便及時(shí)查看[5]。

4 發(fā)展趨勢(shì)

4.1 地理信息系統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用愈加廣泛

地測(cè)地理信息系統(tǒng)作為儲(chǔ)存和分析空間資料的強(qiáng)有力的工具，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了相當(dāng)廣泛的利用。根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)顯示，地測(cè)地理信息系統(tǒng)的使用人數(shù)近年來正以每年百分之二十至百分之三十的速度增加。地質(zhì)學(xué)研究者發(fā)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)后，積極推廣該系統(tǒng)與相關(guān)技術(shù)，地理信息系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理快捷且精密。地質(zhì)學(xué)的研究包括地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)變遷版塊移動(dòng)等，如果采用傳統(tǒng)的地理學(xué)方法，冗雜的地理數(shù)據(jù)大量的圖紙筆錄，如果不能全身心投入很有可能會(huì)導(dǎo)致一系列的問題，數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性得不到保障，且傳統(tǒng)意義的圖紙不易保存，并且地理信息并不是一成不變的。我們不能直觀地從一張地圖上看到五百年前大地的樣子，能夠合理應(yīng)用地測(cè)地理信息系統(tǒng)，就可以方便地看到地質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況，看到運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后地質(zhì)的異同，并且，地測(cè)地理信息系統(tǒng)保存信息數(shù)據(jù)安全完整，程序運(yùn)作快，數(shù)據(jù)操作方便，無疑會(huì)提高地質(zhì)研究是效率和質(zhì)量，節(jié)省了大量的人力物力[6]。

在礦業(yè)生產(chǎn)中，所有地質(zhì)測(cè)量工作的成果最終都表現(xiàn)在礦井地測(cè)圖上，可以說礦井地測(cè)圖是礦井地測(cè)工作資料的匯總，是礦井設(shè)計(jì)、施工及生產(chǎn)中必不可少的技術(shù)資料，再者礦圖種類較多，內(nèi)容豐富，所用的符號(hào)和注記很多，所用的比例尺一般為大比例尺，隨著我礦采掘工作的進(jìn)展，礦圖在不斷變化，為了及時(shí)在圖上反應(yīng)出變化情況，礦圖常常需要不斷地填圖、修改。礦圖是一種隨礦井的開拓而不斷變化的動(dòng)態(tài)管理資料，利用計(jì)算機(jī)管理礦圖更有現(xiàn)實(shí)意義。

4.2 地理信息系統(tǒng)與無人機(jī)結(jié)合下的礦山地形圖測(cè)繪技術(shù)

近年來，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)成為新興地理信息測(cè)量工具，無人機(jī)屬于可移動(dòng)式設(shè)備，加上裝置的其他動(dòng)感輔助儀器，使得測(cè)繪工作更為便捷，維度性與成本性得以兼顧。除此之外，依托無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，通過遠(yuǎn)程操控手段，對(duì)具有復(fù)雜屬性的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行立體化監(jiān)測(cè)，以高分辨率的形式，對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)行模型化描述。此外，無人機(jī)搭載的航空攝影技術(shù)可進(jìn)一步為數(shù)字化、遙感化的工作機(jī)制提供技術(shù)載體，以適用更多的測(cè)量領(lǐng)域。從航測(cè)技術(shù)特性來看，優(yōu)勢(shì)有三點(diǎn)。其一，我國(guó)國(guó)土遼闊，地形環(huán)境復(fù)雜，受大氣層環(huán)境的影響，使用衛(wèi)星技術(shù)測(cè)量時(shí)，無法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行針對(duì)性采集，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)信息獲取不完整。采用無人機(jī)測(cè)量可有效解決大范圍測(cè)量數(shù)據(jù)缺失的問題，通過低距離、高精度的成像設(shè)定，可最大限度排除干擾因素，提高成像質(zhì)量。其二，傳統(tǒng)衛(wèi)星測(cè)量工作在數(shù)據(jù)信息傳輸方面存在一定的時(shí)效性問題，即數(shù)據(jù)存檔與接收終端方面呈現(xiàn)出傳輸時(shí)差問題。通過無人機(jī)航測(cè)技術(shù)搭載的傳感裝置，可最大限度保證數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸，保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)繪工作開展的時(shí)效性。其三，無人機(jī)航測(cè)工作主要是對(duì)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)信息進(jìn)行采集，通過獲取空間位置信息，為后續(xù)地質(zhì)工程工作提供數(shù)據(jù)支持。無人機(jī)在飛行過程中，可通過程序指令的設(shè)定進(jìn)行自動(dòng)化飛行，且整個(gè)工作時(shí)限較短。在執(zhí)行飛行指令的過程中，只需備好往返所需的電力能源便可替代人們進(jìn)行智能化監(jiān)測(cè)[7]。

在數(shù)字礦山建設(shè)中。對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的地形圖、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型和三維可視化需求與日俱增。如何快速獲取這些數(shù)據(jù)，并以更高的顯示性更新原有數(shù)據(jù)。無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)解決方案。筆者針對(duì)這一測(cè)繪新技術(shù).將其與有人機(jī)航空攝影測(cè)量手段進(jìn)行了優(yōu)越性對(duì)比.進(jìn)而設(shè)計(jì)了礦山區(qū)域無人機(jī)數(shù)字測(cè)圖的完整技術(shù)方案，對(duì)推廣無人機(jī)低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在礦山基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取中的應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

4.3 地理信息系統(tǒng)下地形圖的精度控制

平面精度檢查可采用GPS—RTK或全站儀測(cè)量進(jìn)行，利用基礎(chǔ)控制測(cè)量階段布設(shè)的控制點(diǎn)。在測(cè)區(qū)內(nèi)抽查部分地形點(diǎn)和地物點(diǎn)，地物點(diǎn)一般選擇在道路交叉點(diǎn)、拐點(diǎn)、建筑物角點(diǎn)，而地形點(diǎn)則選在地形特征點(diǎn)上，如山頂點(diǎn)、鞍部點(diǎn)等，將實(shí)地測(cè)量點(diǎn)位的平面位置和高程值與所測(cè)制地形圖上相應(yīng)要素的點(diǎn)位成果進(jìn)行比較，計(jì)算其中誤差。進(jìn)行航空攝影測(cè)量及地面控制測(cè)量的各種儀器設(shè)備均應(yīng)按要求進(jìn)行測(cè)前鑒定和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)資料要求齊全、完整，隨成果提交，并且各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。成果、成圖的檢查實(shí)行兩級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收制。兩級(jí)檢查主要對(duì)中間過程成果進(jìn)行檢查，一級(jí)驗(yàn)收是對(duì)最終成果、成圖進(jìn)行驗(yàn)收。作業(yè)人員首先自查、互查后，由作業(yè)單位進(jìn)行檢查，檢查通過后交付質(zhì)檢部門根據(jù)圖式、規(guī)范進(jìn)行地形圖、DOM和DEM的檢查[8]。

4.4 GNSS定位技術(shù)在礦山地形圖測(cè)繪中廣泛應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)和定位技術(shù)有著密不可分的聯(lián)系，近年來，礦山地形圖測(cè)繪工作中，GNSS定位技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，且受到諸多業(yè)內(nèi)人士的青睞。GNSS定位技術(shù)隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用愈加成熟，該項(xiàng)技術(shù)在礦山地形圖測(cè)繪中也得到應(yīng)用。GNSS定位技術(shù)所得到數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠性較高，對(duì)礦山地形圖測(cè)繪精度的提高有著重要意義，同時(shí)GNSS定位技術(shù)還具有功能全、效率高、應(yīng)用廣泛、操作便捷等優(yōu)勢(shì)，在礦山地形圖測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用前，已經(jīng)在陸地海洋等大領(lǐng)域地形測(cè)繪中順利實(shí)踐。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，GNSS定位技術(shù)具有顯著的現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，幾乎不受季節(jié)、特殊地形特殊氣候的影響，相對(duì)于無人機(jī)技術(shù)而言，GNSS定位技術(shù)受氣候環(huán)境影響較小。更重要的是，GNSS定位技術(shù)測(cè)繪模式豐富，能夠滿足不同條件下礦山地形圖測(cè)繪需求。但是在作業(yè)過程中，工作人員必須熟練掌握設(shè)備使用規(guī)律與性能，以免出現(xiàn)人為操作誤差，進(jìn)而導(dǎo)致地形圖測(cè)繪精度受到影響，此外雖然GNSS定位技術(shù)受自然環(huán)境影響相對(duì)較小，但也要注意規(guī)避不利的自然條件影響。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦產(chǎn)事業(yè)關(guān)系到自然能源的使用，礦物是人類生存與發(fā)展的根本條件之一。礦山開采挖掘的過程中，必然要提前熟悉礦山地形，進(jìn)行地形圖測(cè)繪，只有這樣才能夠提高開采挖掘的效率，以確保安全。但是由于礦山地形復(fù)雜，所以地形圖測(cè)繪的難度大大增加，地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用，為礦山地形圖測(cè)繪提供了有利的工具，本文我們對(duì)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用原理、礦山地形圖測(cè)繪現(xiàn)狀、相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展等進(jìn)行了具體分析，希望地理信息系統(tǒng)能夠在該領(lǐng)域起到更好的作用，提高礦山地形圖測(cè)繪精度。