地理信息系统在矿山测量中的应用

李国钊

（1.龙岩市经纬测绘公司，福建 龙岩 364000）

1 地理信息系统

地理信息系统（GIS）是用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。GIS是利用计算机存贮、处理地理信息的一种技术与工具，是一种在计算机软、硬件支持下，把各种资源信息和环境参数按空间分布或地理坐标，以一定格式和分类编码输入、处理、存贮、输出，以满足应用需要的人机交互信息系统。GIS有2个显著特征[1]：一是不仅可管理数字和文字属性信息，而且可管理空间信息(图形信息)；二是可利用各种空间分析法对多种不同的信息进行综合分析，寻求空间实体间的相互关系，分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。

2 GIS在矿山测量中的应用

GIS在矿山测量中的应用方向大致可分为：

1）基于GIS技术建立多源数据找矿模型。单一的信息源往往局限于信息的片面性,不能准确反映地质体、地质现象和某些特征，这就需要对多而复杂的其他相关内容进行更加深入和透彻的认识。而GIS技术具有多源数据综合分析和管理功能,能给具有空间属性的异源数据提供良好的融合平台，进而建立多源的数据找矿模型。

2）矿山管理信息系统。矿山管理包括矿山设计、巷道开挖、矿产开采、沉降监测和环境评价等工作。矿山管理信息系统内容庞杂，功能齐全。目前已有很多学者对矿山地质灾害、矿山机电安全管理、煤矿灾害事故、矿井通风信息系统、煤矿瓦斯管理信息系统、矿区生态环境评价、矿区土地利用、煤矿安全管理、矿山开采沉降可视化、井下可视化管理系统、救援信息系统等方面进行了研究和探讨[2]。

3）三维矿山。目前，三维矿山模拟已成为科技热点。它是在GIS、可视化技术和地质信息计算机模拟技术基础上建立的矿山客观实体模型[2]。建立三维矿山，有利于地质和矿业界人员更直观精确地圈定矿体边界，进而了解不同矿体分布的三维形态，便于对地下地质体进行准确解读和圈定，为矿产开发和找矿预测进行指导。

4）矿产资源规划管理。应用GIS手段对矿产资源规划管理中的大量图形、文档和指标数据进行有效管理，有利于进行标准和规范化的处理，建立统一的矿产资源数据库。可以通过客户机-服务器的运行模式，经由大型数据库和GIS空间数据引擎，将图形和文档数据纳入数据管理平台，从而实现对图形、文档和指标3类数据的有效管理和分析。与此同时，还可进行规划项目的远程管理。

5）数字矿山。数字矿山（DM）的概念是1999年提出的。DM是多维数字化、网络化和可视化的技术系统，其利用多媒体和模拟仿真技术对真实矿山进行数字化的再现。我国已开始应用采矿机器人、三维地学模拟、矿山虚拟现实等技术进行矿山的开发与应用研究。例如，煤矿地质测量3D模型的构建与可视化将大大提高工作人员对煤矿生产各个环节的直观认识。但是由于数据采集的难度和生成算法的复杂性，数字矿山全景式真三维建模这一功能尚处于摸索开发阶段。GIS利用平行或基本平行的剖面数据建立起三维空间任意复杂形状物体的真三维实体模型，并且以此为基础提供特定的服务，主要用于井下采矿、露天采矿、矿体模型、巷道模型的建立。

3 矿山地理信息系统

3.1 矿山地理信息系统概述

矿山地理信息系统(MGIS)是将GIS 应用于矿山的区域性GIS，是为矿山生产、设计、规划等提供支持的系统。它以计算机为基础，应用摄影测量与遥感等技术采集信息，发挥GIS的强大地学分析和辅助决策功能，通过制图和图像处理手段结合矿山资源特征构建起来的地理信息系统。该系统功能强大，具有信息采集、存储、处理，建立矿区数据库及软件系统，实现对信息的查询检索、综合分析、动态预测和评价、信息输出等功能[2]。该系统能为矿区的环境监测和评价及矿产资源的开发管理提供科学的依据。MGIS是矿山现代化管理、决策的重要标志，是为适应矿山生产发展的需要而开发的一种现代信息管理系统。

3.2 在我国矿山测量中的应用现状

3.2.1 应用领域

1）矿床地质勘探及矿山设计。MGIS存储有大量的矿山地理信息数据,利用GIS的强大功能进行勘探设计、地质施工、报告编制及矿山设计，可极大提高工作效率，减少设计失误，优化设计成果。

2）编制生产计划。MGIS也可以制定生产计划，通过对其空间关系的实时分析，可以使生产计划的制定建立在客观、合理、有效的基础之上，通过模拟，还可以进一步检验生产计划的科学合理性和可操作性。

3）日常生产管理。矿山日常生产过程中会遇到各种问题，揭露许多新的地质现象，这些新的资料要及时地输入到MGIS中，通过其强大的分析功能，科学及时有效地调整生产计划，提高生产计划实施效率。同时，各种生产数据也可以及时准确地统计出来，供领导实施决策时参考。

4）经济评价及预测。在矿山中还可以使用MGIS来对矿山进行经济评价，对未来的生产经营状况进行预测等。矿山经营的各个方面均可使用MGIS来提高工作效率，降低生产成本，提高决策的科学合理性。

3.2.2 应用中存在的问题

1）可视化数据结构的有效表达问题。借助于计算机的原型模拟加工可有效对地面和地下地形地貌进行三维可视化表达[3]，但对于隐伏矿体的表达存在局限性。由于隐伏矿体特殊的内部结构，加之矿体暴露，其表达的内容有不确定性，不利于隐伏矿体的可视化表达，为实际工作造成了困难，因此亟需建立一种有效的可视化数据结构表达方式。

2）巷道的空间拓展表达。由于巷道是处在不断延伸和发展中的，其与地表所表达的线对象有着本质区别，因此如何针对在空间不断拓展的特点实现MGIS的三维可视化表达，建立适合MGIS的可视化手段应进一步加以研究。

4 GIS在矿山测量中应用前景

1）多元集成趋势。多元集成包括3大系统的集成，即矿山信息源的集成、矿山管理系统的集成、多种应用技术的集成。GIS技术未来的发展必须使得遥感、测量、钻井、物探、水文、地震等资料实现集成可视化，进而实现信息的融合和共享，以利于主管部门进行网络化的系统管理。GIS将地理信息科学、地理学、遥感技术、全球定位技术、计算机技术多学科进行交叉渗透，具有很强的实用性。因此，实现GIS的可持续发展，必须与上述相关学科进行更为紧密的结合，才能促进共同发展，有利于GIS系统更高效的应用。

2）矿山生产过程一体化。实现从矿山设计到开采生产的过程一体化将是未来GIS的一大发展趋势。其利用三维可视化、虚拟现实等技术，以地质及矿床模型为基础，并结合其他信息进行数字模拟开采，完成矿山长、中、短期开采计划编制、露天开采爆破设计、地下矿巷道标准断面设计、采矿方法设计、爆破设计、灾情应变预案、储量动态监测等工作。应用可视化技术，实现露天采场、矿井的生产调度与自动监测，边坡、排土场、尾矿坝的稳定性监测、评价和预报，地下矿井地压、矿震监测与预报，通风、粉尘、地下水监测等[4]。

3）矿山决策支持系统。矿山决策支持系统的开发和应用也将是未来GIS发展的趋势。由于目前GIS在矿产资源方面的应用主要停留在数据库和空间的叠加分析上，而对知识的处理和推理能力较为缺乏。矿山决策支持系统将会为矿山环境保护、矿山环境治理、矿山环境评价提供支持[5]。决策系统还将向智能化方向发展，为各种智能生产经营提供决策，并提高决策的实效性和科学性。

地理信息系统的发展进步，促进矿山测量进步与发展，GIS在矿山测量中的应用，逐渐形成以数据采集、输入、分析、处理、输出为一体的技术系统，这必将彻底改变传统观念及其生产作业方式,为矿山开采带来了新的发展机遇。

[1]周彬，杨永刚.运用地理信息技术（CGIS）建设“数字矿山”[J].山东煤炭科技，2009(5):65-67

[2]周爱华，陈静.基于GIS和RFID的煤矿井下人员跟踪定位与监控系统设计[J].矿山测量，2009(2):47-52

[3]赵永军，傅晓宁，杨雯雯.地理信息系统在地质领域中的应用[J].西南石油大学学报：自然科学版，2008(6):68-71

[4]尹章才.土地划拨中的时空数据模型研究[J].国土资源遥感，2002(4):70-75

[5]刘仁义，刘南.基态修正时空数据模型的扩展及在土地产权产籍系统中的实现[J].测绘学报，2001，30(2):168-172

[6]CJJ/T 8-2011.城市测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2011

[7]GB50026-2007.工程测量规范[S].北京：中国计划出版社,2007

[8]徐志红，边馥苓，陈江平.基于事件语义的时态GIS模型[J].武汉大学学报：信息科学版，2002，27(3):311-315