三維地理信息系統在礦山中的技術研究與應用

周 丹

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局五總隊，貴州 安順 561000）

目前的礦區中使用的礦山地理信息系統，其功能性越來越強，但也讓系統向更復雜的方向發展，對于系統平臺的使用有了更高的專業化要求，另外因為系統的運算復雜程度更高，常常會出現系統崩潰的情況[1]。因此礦山地理信息系統未來的改進方向就是更高的穩定性以及人性化的操作模板，三維建模技術的應用可以有效改善原有信息系統中的問題，通過3D制圖軟件對礦區進行建模，能有效簡化礦區模型的數據量，進而優化系統運行，普及三維建模技術的應用有利于礦山地理信息系統的發展[1]。

1 三維地理信息系統的介紹

地理信息系統根據功能的不同被劃分為多個種類，其中以對于地理信息和動態運算功能為主流系統，當然還有工程設計類和土地規劃類功能的類型，地理信息系統不管功能還是規模的不同，其根本核心還是數據信息存儲及運算等管理功能。

地理信息系統主要通過空間建模的方式，將各種綜合數值分析出來，并通過運算功能模擬出動態效果，通過動態模擬來實現各種不能實際操作或成本過高的演算。通過計算機技術的幫助完成礦山地理空間建模和動態分析工作[2]。地理信息系統通過地理綜合數據的采集與整理，再經過運算以立體的方式顯示出具體世界中的地理效果，這樣地理數據比從平面圖中顯得要清晰，并且可以根據需要隨時查看建模中不同層面的信息內容，可以根據建模測量并標定位置，便于模擬后期的開采工作，進而完成對后期開采作業等環節的規劃設計工作。

2 三維地理信息系統對采礦業的影響

2.1 對礦山的影響

礦山具有礦脈覆蓋范圍大，地理環境復雜，地質結構不穩定的特點，對于各項礦內工作都需要做到提前規劃，預先運算可能的風險，提前在地質結構不堅固的區域進行加固等工作，還有必須對地下水的分布和走勢等相關信息進行分析和掌握。那么地理信息系統的應用就對礦山意義重大了，地理信息系統有助于對礦山整體數據信息進行分析，通過計算機運算出相關重要信息，節省了人力勘測，減少了運算工作中人力投入和物力投入，節省了大量的經濟資源。

目前采礦行業的開采設備、施工設備均已經具備了更高的自動化和機械化技術，隨著手動作業的減少，其數據信息管理方面的手段明顯跟不上其他環節的節奏，因此對于數據信息管理方面的數字化建設也應該加強，要實現生產與管理的同步進行，那么做好地理信息系統的應用工作是目前采礦行業需要重視的方向。

2.2 地理信息系統的技術改進

隨著采礦行業對地理信息系統重視程度的加深，對其技術方面也做出了改良，其可以與其他3D建模程序進行配合，通過3D建模技術來實現對各種設施、設備的模型構建，將構建好的三維模型進行布置，從而減少地理信息系統的運算量。對于地形的3D建模工作是，其主要使用的建模軟件為SpacEyes3D系列的建模系統，通過航拍和地面測量的手段對整體地形數據采集，將收集得到的圖片通過圖像處理軟件進行轉換圖片文件格式，再將轉換后的文件變為3D模型，如圖1所示，通過SpacEyes3D軟件進行三維地形的構建。

圖1 為三維建模后的礦山模型。

3 地理信息系統的創建

3.1 地理信息系統的基礎

地理信息系統的三維數據搭建軟件是使用SpacEyes3D數字地球軟件，其具有良好的數據交流和三維建模引擎，可以與各種數據格式相兼容，這款軟件也是搭建地理信息系統的基礎，其可以通過數據的收集和整合，快速的搭建三維效果的模型，并且在整體顯示和局部放大方面都有流暢的運行表現。這款軟件的兼容性較好，可以支持的編程語言較多，并且有其他制圖軟件的擴展空間，在該款數字地球軟件的基礎上有較大的二次開發空間，因此以其為基礎構建的地理信息系統可以具有良好的穩定性。其支持多種主流編程語言，如C++，VB等，因此具備優秀的構建基礎。

3.2 礦山地理的三維模擬

土石方工程作為礦山開采的前期工作，其工程量龐大，在工程進行后對地理結構的改變較大，在礦山地理三維模擬時，應該對施工區域的地形結構進行調整，并且應該根據施工后的實際地表狀態對三維模型進行相應的替換。具體的操作過程如下：

首先使用Arcgis、skyline等3D制作軟件進行對三維模型中施工區域的地形修改，比如挖掘區域和堆土區域，通過Arcgis中的三維模式進行圖形繪制，根據具體的改變數值成階梯型編輯挖掘區域坡度，對于堆土區域通過旋渦形的結構進行制圖，其中根據需要可以控制每層三維模塊的大小，進而調整完整三維模型中施工區域圖像的順滑效果。

通過Arcgis修改原始三維模型后，根據施工現場的地表材質進行錄入工作，通過PS制圖軟件，處理施工現場攝錄的地表材質圖片，對圖像進行調整，避免因為像素的過度拉伸出現的圖像扭曲、模糊，應該根據施工區域的大小，進行劃分，將一個區域劃分成幾塊，再將PS處理后的真實地表效果圖覆蓋，逐塊的覆蓋可以防止圖片的失真，最終完成對施工區域的修改。

對原有三維模型的施工區域修改后，應該在三維模型的施工區域進行標注，這樣有助于明確施工區域的位置，便于查看，如圖2所示。

3.3 數據的采集與管理

對于地理信息系統中的數據管理應該進行分類，對于地理相關的數值信息通常以數字和類型進行整理，通過表格的形式進行分類，目前采用OFFICE辦公軟件，OFFICE辦公軟件具有強大的表格制作和文檔編輯工作，可以有效的與數據服務器兼容，方便數據庫提取數據；對于空間數據因為其中主要是掃描數據或數字化進行錄入的，那么就需要根據其表現形式，構建其與實體間的結構列表。

圖2 為對施工區域的標注效果圖

對于數據管理時，管理人員應該及時的根據礦山運轉中出現的數據變動，及時對模型數據進行更新，需要將現實的數據與虛擬模型中的數據做到同步的變化，通過結構列表能有效地進行數據的查詢，提高數據管理的高效化。

4 三維地理信息系統要注意的問題

因為我國幅員遼闊，不同地區的礦山地理環境不同，在地理信息系統的應用時，要根據不同的地理風貌對數據采集方式進行相應的改變。因為我國的地理信息系統的應用和研發起步較晚，因此應該多向先進的國家學習新的技術，提高我國地理信息系統的技術水平，增強穩定性和運行速度，對于地理數據的采集技術也應該改進，通過數據采集技術的改進，讓數據掌握的更加準確和完整，進而提高三維建模的準確性。應該提高地理信息系統操作人員的專業性，企業應該定期組織先關技能的培訓工作，進而提供更多的專業技術人員，專業人員的加入也能更好的提高地理信息系統的利用率。

5 結語

地理信息系統能更好的通過三維模型來顯示礦山的當前狀態，便于對礦山地理數據的查詢，有助于規劃后續礦山作業，將地理信息系統應用于礦山是合理的，也是科學管理的必然發展趨勢。目前地理管理系統需要注意的問題就是保證數據采集與管理的及時性，通過礦山的實際數據，借助地理管理系統強大的三維建模工程，能讓我國的礦山工作取得更大的成績，能推動礦產行業自動化的進程，進而為國家的建設作出更大的貢獻。