露天礦山測繪地理信息系統的建立研究與實踐

羅發明，高中文，陶歆貴

（1.上海元測工程技術有限公司，上海 浦東 200120；2.北京三友宇天測繪有限公司，北京 石景山區 100043；3.廣東銳建勘測設計有限公司，廣東 中山 528400）

1 引言

礦山測量是在新中國成立以后逐步發展起來的，經過六十多年的發展，它已在礦山與地質、采礦、礦建、安全環保等學科中呈現出既相互獨立又彼此滲透、交融的態勢。近年來由于有光電技術、計算機技術、衛星空間定位技術（GPS）、地理信息技術（GIS）、遙感技術（RS）等一系列的新學科、新技術的支撐,當今的礦山測量工作已經從原來單純利用測量、計算和繪圖來確定空間三維坐標的學科,逐步發展成為與空間三維坐標有關的一切幾何、地理、自然資源以及物理屬性等方面的測繪地理信息科學［1］。

幾年來，作為江銅集團的骨干礦山——德興銅礦經過全礦測量工作者的共同努力，逐步建立健全了礦區基礎地理信息系統、地質測量集成平臺的開發與應用、采區邊坡監測數據分析系統、礦山管線信息系統及現狀總圖派生出來的礦山環保設施布置圖、安全危險源分布圖、土地征地界線與復墾專題現狀圖，從而基本建立了大型露天礦山地理信息系統，并正在為礦山安全高效地組織生產而提供礦山地理信息服務！

2 礦區基礎地理信息系統的建立［2］

德興銅礦采礦、選礦、尾礦及輔助設施等工業場地分布在南北13.5km，東西13公km，即：東至鐵羅山、南至富家塢、西至張家畈、北至樂安江的范圍內，總面積約83km2，共有1∶1000地形藍圖381幅。系統的建立首先是對這381幅地形藍圖，逐一進行300dpi分辨率，黑白兩值掃描，形成bmp圖片文件；再由清華三維公司開發的EPSCAN 2000掃描矢量化平臺上數字化［3］，生成dwg文件后，按圖幅編號進庫，再在CAD繪制總平面示意分幅圖上，利用CAD自帶的插入菜單下的超鏈接工具，完成所有圖幅的GIS數據庫的鏈接，形成礦區基礎地理信息［3］系統，上傳礦山內部網服務器，授權給有權用戶，有權用戶可根據用戶名及密碼調用，現已廣泛服務礦山生產建設的各個領域。

3 礦山地理信息采集口——地質測量集成平臺的開發與應用［4］

礦區基礎地理信息系統形成后，礦山生產建設過程中，采區、排土場、尾礦庫等作業區域不斷發生變化，為確保礦區地理信息的現勢性、實用性，必須對礦區基礎地理信息進行及時更新，這就給礦山測量工作者提出了礦山地理信息采集口——地質測量集成平臺開發的新課題。為此，礦山組織測繪及計算機技術骨干，研發出了擁有自主知識產權的德興銅礦地質測量集成平臺。平臺系統以AutoCAD2000為基本應用環境，以全新的ObjectARX2000作為開發工具,利用Microsoft Visal C++6.0、PowerBuilder8.0(DiCe.exe)為基礎面向對象的開發環境及應用程序接口，后臺數據庫管理系統采用最新版的SQL Server2000，Microsoft面向分布式客戶機/服務器計算的關系型數據庫管理系統（RDBMS），是一種跨平臺的交互式語言。軟件的操作系統為WindowsXP。使平臺實現如下功能：（1）實現觀測方法的設置、控制點的管理、后方交會觀測數據和碎部點數據的輸入、后方交會的數據計算，能實現支點極坐標的計算，形成統一標準的數據庫；（2）能快捷調用測量碎部點數據作出月末驗收線并保存，依據月末驗收線及底板高程數據，計算采礦量、存礦量、出礦量，可編輯繪制出月末采區、排土場、尾礦庫現狀圖；可及時更新礦山地理信息數據庫，確保礦區地理信息的現勢性、實用性，滿足礦山生產設計的需要。

4 采區邊坡監測數據分析系統的應用［5］

露天采區邊坡的穩定是采礦安全高效生產的前提，采區邊坡監測是測量工作者對礦山安全工作的重要貢獻之一，邊坡監測不論采用全站儀常規測量還是采用GPS的無人值守觀測，采集的坐標數據均可生成不同時段的Excel數據，邊坡監測數據分析系統就是基于Excel數據完成測點垂直沉降、水平位移等變形過程、變形速度及報警的窗口形象顯示系統。目前已在該礦露天采區邊坡變形監測工作中廣泛應用，極大地提高了礦山邊坡監測后期數據處理與穩定性分析的工作效率。

5 礦山管線信息系統的建立與應用［6］

礦山采礦、選礦、尾礦輸送、生產、生活水的供給與排放等各種工業管線、地下隱蔽工程均為礦山生產建設過程中不可或缺的工業血脈信息，建立管線信息系統，為礦山生產建設有序管理與日后維修創造條件。礦山管線包括架空管線與地下管線。

架空管線地理信息的采集：野外進行實地調查時，將調查的各種管線參數及網絡關系標繪在1∶1000地形工作圖上；RTK GPS實測管線特征點的三維坐標；最后將結果輸入計算機系統，并標注相應的參數。

地下管線地理信息的采集：用SUBSITE 65和RD 400 PXL專業管線探測儀，運用電磁法探測上水管、下水管（溝）、動力電纜、熱力管、酸性水輸送管、尾礦輸送管、精礦輸送管等金屬管線；非金屬管線（溝）采用探測與調查相結合的方法標測。地下管線特征點的三維坐標RTK GPS按要求實測。探測結果通過不同的顏色標記在CAD圖上，匯審管線有無遺漏、網絡關系是否正確等；最后以武勘院開發的《青山智能測繪與管理系統》（簡稱“青山智繪SMS”）為平臺，結合礦山實際，以ODBC為數據接口，能與CAD的標準交換文件（dxf）、地理信息系統軟件Mapinfo的交換文件（mif）直接轉入和轉出，提供多種繪圖、編輯工具，方便快捷地對系統數據、圖形進行增加、刪除、修改、替換、標注，實現管線幾何、空間、屬性數據查詢；能進行管線碰撞分析，可統計出緩沖區內的建構筑物的數量、面積等；可根據分層情況，生成各種地下管線專題圖、專業圖，也可選取多圖層疊加生成綜合圖；并成功應用于礦山建設工程中。

6 總圖信息動態管理系統及其派生的專題現狀圖

基于礦區基礎地理信息系統，對礦區總圖分層、分塊，根據礦山地質測量集成平臺生成的現勢數據，及時更新，按照礦山生產建設目的的不同，通過改變地理信息數據的特性，按照專題屬性不同分層、分塊，刪層、刪塊，編制出諸如：礦山環保設施布置圖、安全危險源分布圖、土地征地界線與復墾專題現狀圖，采區及排土場現狀圖，尾礦庫現狀圖等用途不一的專題圖件及數據庫，極大地滿足礦山生產發展的需要。

7 新技術在礦山測量的應用方向

綜上所述，在科技大發展的今天，礦山露天礦山地理信息系統在廣大礦山測量工作者的不懈努力下初具規模。但我們也應清醒看到，當今礦山測量技術的進步在發展層面上已充分應用了光電技術與計算機技術，然而在無人機數字航空攝影測量技術［7］、雷達邊坡變形監測技術［8］等一系列的新學科、新技術應用層面上做的還不夠。為此，我們還需努力的方向是：

（1）近年來，我國在無人機航空攝影測量系統方面也蓬勃發展?，F在的無人機航測系統具有影像分辨率高、升空準備時間短、操作控制容易、起降場地要求低、作業效率高的特點，很好地解決了傳統地形圖測繪面臨的困難，航測也成為地形圖測繪的新趨勢。為此，應積極推廣應用先進的無人機數字航空攝影測量技術，進行礦區現狀圖測繪、礦山作業量測量驗收，礦山資源開發、排土場、尾礦庫等地質監測方面，鐵運、220kV高壓線路的巡視等，大大提高了礦山發展對地理信息數據更新的要求，在礦山地理信息更新工作中作出新貢獻，從而更好地服務礦山生產。

（2）推廣雷達技術在露天邊坡變形監測中的應用

目前邊坡變形監測雷達技術已經在全世界范圍內獲得廣泛的應用，這項新的技術與傳統邊坡變形監測方法相比，使用雷達進行邊坡穩定性監測有以下優點：

①監測精度高，雷達能以毫米以下級精度獲取邊坡變形數據；

②測量可覆蓋整個邊坡；

③系統可自動獲得或讀取已有的DTM（數字地形圖）數據，兼容多種GIS數據，在三維環境下顯示監測結果；

④空間分辨率高，能監測到被測區域表面很小的區域變形，采樣間隔短，方便確定目標監測區內最大位移發生的位置，便于風險管理，可避免常規監測中常發生的采樣周期間隔較長和數據不連續或丟失等問題；

⑤監測位置選擇靈活，能夠在較遠的距離對存在隱患的邊坡進行監測；

⑥無需在被測邊坡上布設固定監測設備，即使發生邊坡失穩事故，也不會造成監測設備的損失；

⑦可以對邊坡事故進行全過程的連續監測，并能在后期對事故區域繼續監測、評估。

總之，在科技創新促進礦山可持續發展與全面對標實現礦山提質增效的洪流中，礦山測量工作者要不斷自我加壓，不斷努力，建立健全現勢性強、功能強大、方便快捷的露天礦山地理信息系統，為礦山安全高效地組織礦山生產，為加快建設智能礦山貢獻我們測量人的聰明才智！