數(shù)字化測繪在排土場庫容計算中的應用

何有生 林劉軍

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院，河南 焦作454000)

排土場作為堆積廢石的場所是礦山系統(tǒng)的重要組成部分，排土場容量充足是礦山剝離正常進行的前提，及時掌握排土場庫容是合理編制生產(chǎn)作業(yè)計劃的重要參考。因此，排土場庫容的準確計算顯得十分關鍵。

排土場區(qū)域地形圖和設計圖是構(gòu)成庫容計算的基礎圖件，但由于各種原因地形圖和設計圖通常只有紙質(zhì)或藍圖，必須對其進行矢量化、數(shù)字化。然后對矢量化成果進行建模計算，得出排土場庫容量。

下面以某礦山排土場庫容計算為例對此作以介紹：

該礦山排土場為山區(qū)地形，利用山谷排放廢石，占地面積、設計庫容較大，服務年限較長。

1 現(xiàn)有的測繪成果及設計圖件

收集整理到的資料有該區(qū)域1：1000的紙質(zhì)地形圖和排土場設計藍圖。

2 紙質(zhì)圖件矢量化

矢量化綜合了計算機視覺，計算機圖像處理，計算機圖形學和人工智能，是數(shù)字圖像處理中的一個重要課題。利用已有的地形圖進行掃描數(shù)字化是地圖編繪底圖的重要來源，利用已有的紙質(zhì)地圖進行矢量化工作，避免了重復測繪，節(jié)約了大量的人力、物力和財力。

2.1 紙質(zhì)圖件掃描

首先使用掃描儀將紙質(zhì)地形圖和設計藍圖掃描并以圖件格式存盤。然后用photoshop等圖像處理軟件對圖形進行拼接、降噪、細化等操作，提高圖像質(zhì)量，從而獲得理想的柵格地圖。

值得注意的是紙質(zhì)地形圖由于受介質(zhì)本身及存放條件等因素的影響會導致地形圖的實際尺寸發(fā)生變形，而且掃描操作中的其他因素，也直接影響掃描質(zhì)量和精度。所以在柵格矢量化時必須進行仔細糾偏操作，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.2 柵格圖像矢量化

現(xiàn)在許多軟件可以實現(xiàn)柵格圖像矢量化，比如mapgis、vpstudio、cass、cad等，本文介紹的是使用cass軟件矢量化方法。利用cass軟件進行矢量化主要有以下三個步驟：

（1）導入柵格數(shù)據(jù)

（2）圖像糾正

通過此操作可以消除由原圖掃描生產(chǎn)的柵格圖像存在的旋轉(zhuǎn)、位移和畸變等誤差，使柵格圖像位置和形狀和原圖一致。

圖像糾正方法有赫爾姆特法、仿輻射轉(zhuǎn)換法、線性變換法、二次變元法、三次變元法等，不同的糾正方法需要不同個數(shù)和位置的控制點。具體操作時輸出圖上拾取位置的實際坐標，執(zhí)行糾正命令，并且可以查詢圖像糾正的精度。

（3）交互編輯，矢量化柵格圖像

圖像糾正完畢后，利用軟件交互編輯功能對相應的地圖信息進行逐個矢量化，并完成等高線付值、圖幅修整等操作。以下分別是排土場地形圖（圖1）和設計藍圖矢量化成果（圖2）。

3 建立數(shù)字地面模型

計算庫容的方法有平行截面法法、等高線容積法、方格網(wǎng)法和三角網(wǎng)法，由于三角網(wǎng)法精度高等特點，本文采用三角網(wǎng)法建立數(shù)字地面高程模型計算庫容。

3.1 原地形建模

首先，根據(jù)設計藍圖邊界線對矢量化地形圖進行剪切，僅保留設計范圍內(nèi)地形信息，選擇所有等高線，使用菜單欄中“工程應用”工具中的“等高線生成數(shù)據(jù)文件”生成高密度的高程點，然后使用菜單欄中“繪圖處理”工具將生成高程點展點入圖（如圖3所示），為下一步的建模做數(shù)據(jù)準備。

圖1 矢量化的排土場地形圖

圖2 矢量化的排土場設計藍圖

圖3 設計范圍內(nèi)等高線和生成的高程點

然后，使用菜單欄中“等高線”工具中的“建立DTM”子項，利用圖中高程點生成數(shù)字地面模型?？墒褂貌藛螜谥小帮@示”工具中的“三維動態(tài)視圖”子項觀察數(shù)字地面模型三維視覺效果，使用此功能方便檢查是否存在異常高程點，剔除、修改不合格三角網(wǎng)。

圖4 設計范圍內(nèi)原地形DTM

圖5 設計范圍內(nèi)原地形DTM的三維視覺圖

3.2 設計圖建模

設計圖建模與建立地形圖數(shù)字地面模型類似，使用同樣方法可對排土場設計完成數(shù)字建模。

4 排土場庫容計算

將排土場設計圖和原地形復合在同一張圖上（如圖6所示），然后檢查三角網(wǎng)，特別是排土場設計的邊緣部分，剔除、修改不合格三角網(wǎng)，這一步至關重要，也是誤差控制的關鍵，同時最好保證所有邊界點都同時參與了兩個模型的建模過程。檢查時可三維視圖（如圖7所示）。

檢查無誤后，分別保存三角網(wǎng)文件。然后使用菜單欄中“工程應用”下“DTM法土方計算”、“計算兩期間的土方”子項，加載保存的三角形文件，計算出排土場庫容。

圖6 排土場設計和原地形復合圖

圖7 排土場設計和原地形DTM復合三維視覺圖

5 結(jié)論

數(shù)字化測繪計算排土場庫容的工作程序可總結(jié)為：（1）收集現(xiàn)有的測繪資料和設計文件，包括一定精度的排土場原地形地形圖、排土場設計圖及設計文件。（2）對紙質(zhì)地形圖矢量化、數(shù)字化。（3）對原地形、設計進行建模計算。（4）上報成果。

在礦山實際生產(chǎn)中，往往要求掌握排土場動態(tài)庫容，以便制定采剝計劃。實踐證明，對排土場現(xiàn)狀進行周期性測繪，使用本文介紹的數(shù)字化測繪三維建模方法，利用計算機輔助制圖計算出已占用庫容量，結(jié)合總庫容數(shù)據(jù)可以及時、準確把握排土場動態(tài)庫容。