数字化测绘在排土场库容计算中的应用

何有生 林刘军

(河南工业和信息化职业学院，河南 焦作454000)

排土场作为堆积废石的场所是矿山系统的重要组成部分，排土场容量充足是矿山剥离正常进行的前提，及时掌握排土场库容是合理编制生产作业计划的重要参考。因此，排土场库容的准确计算显得十分关键。

排土场区域地形图和设计图是构成库容计算的基础图件，但由于各种原因地形图和设计图通常只有纸质或蓝图，必须对其进行矢量化、数字化。然后对矢量化成果进行建模计算，得出排土场库容量。

下面以某矿山排土场库容计算为例对此作以介绍：

该矿山排土场为山区地形，利用山谷排放废石，占地面积、设计库容较大，服务年限较长。

1 现有的测绘成果及设计图件

收集整理到的资料有该区域1：1000的纸质地形图和排土场设计蓝图。

2 纸质图件矢量化

矢量化综合了计算机视觉，计算机图像处理，计算机图形学和人工智能，是数字图像处理中的一个重要课题。利用已有的地形图进行扫描数字化是地图编绘底图的重要来源，利用已有的纸质地图进行矢量化工作，避免了重复测绘，节约了大量的人力、物力和财力。

2.1 纸质图件扫描

首先使用扫描仪将纸质地形图和设计蓝图扫描并以图件格式存盘。然后用photoshop等图像处理软件对图形进行拼接、降噪、细化等操作，提高图像质量，从而获得理想的栅格地图。

值得注意的是纸质地形图由于受介质本身及存放条件等因素的影响会导致地形图的实际尺寸发生变形，而且扫描操作中的其他因素，也直接影响扫描质量和精度。所以在栅格矢量化时必须进行仔细纠偏操作，保证数据质量。

2.2 栅格图像矢量化

现在许多软件可以实现栅格图像矢量化，比如mapgis、vpstudio、cass、cad等，本文介绍的是使用cass软件矢量化方法。利用cass软件进行矢量化主要有以下三个步骤：

（1）导入栅格数据

（2）图像纠正

通过此操作可以消除由原图扫描生产的栅格图像存在的旋转、位移和畸变等误差，使栅格图像位置和形状和原图一致。

图像纠正方法有赫尔姆特法、仿辐射转换法、线性变换法、二次变元法、三次变元法等，不同的纠正方法需要不同个数和位置的控制点。具体操作时输出图上拾取位置的实际坐标，执行纠正命令，并且可以查询图像纠正的精度。

（3）交互编辑，矢量化栅格图像

图像纠正完毕后，利用软件交互编辑功能对相应的地图信息进行逐个矢量化，并完成等高线付值、图幅修整等操作。以下分别是排土场地形图（图1）和设计蓝图矢量化成果（图2）。

3 建立数字地面模型

计算库容的方法有平行截面法法、等高线容积法、方格网法和三角网法，由于三角网法精度高等特点，本文采用三角网法建立数字地面高程模型计算库容。

3.1 原地形建模

首先，根据设计蓝图边界线对矢量化地形图进行剪切，仅保留设计范围内地形信息，选择所有等高线，使用菜单栏中“工程应用”工具中的“等高线生成数据文件”生成高密度的高程点，然后使用菜单栏中“绘图处理”工具将生成高程点展点入图（如图3所示），为下一步的建模做数据准备。

图1 矢量化的排土场地形图

图2 矢量化的排土场设计蓝图

图3 设计范围内等高线和生成的高程点

然后，使用菜单栏中“等高线”工具中的“建立DTM”子项，利用图中高程点生成数字地面模型。可使用菜单栏中“显示”工具中的“三维动态视图”子项观察数字地面模型三维视觉效果，使用此功能方便检查是否存在异常高程点，剔除、修改不合格三角网。

图4 设计范围内原地形DTM

图5 设计范围内原地形DTM的三维视觉图

3.2 设计图建模

设计图建模与建立地形图数字地面模型类似，使用同样方法可对排土场设计完成数字建模。

4 排土场库容计算

将排土场设计图和原地形复合在同一张图上（如图6所示），然后检查三角网，特别是排土场设计的边缘部分，剔除、修改不合格三角网，这一步至关重要，也是误差控制的关键，同时最好保证所有边界点都同时参与了两个模型的建模过程。检查时可三维视图（如图7所示）。

检查无误后，分别保存三角网文件。然后使用菜单栏中“工程应用”下“DTM法土方计算”、“计算两期间的土方”子项，加载保存的三角形文件，计算出排土场库容。

图6 排土场设计和原地形复合图

图7 排土场设计和原地形DTM复合三维视觉图

5 结论

数字化测绘计算排土场库容的工作程序可总结为：（1）收集现有的测绘资料和设计文件，包括一定精度的排土场原地形地形图、排土场设计图及设计文件。（2）对纸质地形图矢量化、数字化。（3）对原地形、设计进行建模计算。（4）上报成果。

在矿山实际生产中，往往要求掌握排土场动态库容，以便制定采剥计划。实践证明，对排土场现状进行周期性测绘，使用本文介绍的数字化测绘三维建模方法，利用计算机辅助制图计算出已占用库容量，结合总库容数据可以及时、准确把握排土场动态库容。