GIS在矿业系统中的应用现状与展望

王雷鸣 尹升华

(1.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083； 2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

·地质与测量·

GIS在矿业系统中的应用现状与展望

王雷鸣1,2尹升华1,2

(1.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083； 2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

地理信息系统(Geographic Information System,GIS)具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息等功能，作为一门融合地理学、地图学、遥感技术和计算机科学的综合性学科，近年来在矿业系统中得到了广泛的应用研究。结合近年来该领域的最新研究成果，围绕矿山地质勘查与评价、矿山机械及工作人员定位、矿井通风网络模拟、矿山边坡稳定性与采空区塌陷等灾害的监测与预警、矿区环境监测及矿山复垦等方面对GIS在矿业系统中的应用现状进行分析。在此基础上，分别从大型矿山GIS空间数据库与云GIS的构建，矿区环境与稳定性监测过程中“3S”等多元技术的融合，构建Interoperable GIS以实现矿山数据库共享，以3D/4D GIS为代表的GIS多维化发展，矿山生产管理过程中空间可视化技术与虚拟现实技术的有机结合等方面对GIS在矿业系统中的应用方向进行展望，为矿山数字化建设提供参考。

GIS 矿业系统 研究现状 展望

矿山数字化、信息化与可视化是矿山未来发展的必然趋势。GIS由于具有多源地学信息的综合管理，多源地学信息的空间查询，空间信息叠置分析，缓冲区分析，空间实体统计，强大的数据采集、调度管理及空间可视化分析等功能[1-2]，因而近年来在矿山开采影响环境评价[3-4]、开采沉陷规律研究[5-7]、矿区滑坡稳定性监测[8]、矿山动态管理[9]、矿山地质灾害评价[10]、矿山重金属污染评价[11]、矿区测量[12]等方面得到了广泛的应用研究。为此，通过对现有的研究成果进行适当总结，并对GIS在该领域的发展方向进行展望，为提高矿山数字化水平提供参考。

1 GIS概述

GIS以地球科学基础，用以获取、存储、编辑、处理、分析、显示和输出地理数据的系统，具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息等特点，主要通过描述空间分布格局、地理概念模型、空间关系、人的一些行为活动特征帮助人们加强对地理空间的认知[13-14]。GIS是从几何特征、时空属性、地理语义和空间计算的维度来构建地理学语言的表达方式[15]，表达内容包括地理实体及其空间关系、不确定性[16-17]、地理动态及地理本体、对地理世界的认识差异[18]等。

GIS在矿山应用广泛，主要针对矿山地质、测量、井下生产、安全、供电、通讯、通风、供风供水、排水等系统，进行实时或空间、属性数据采集，采用数据库技术对数据进行图数一体化的集中统一管理。基于GIS的矿业工程系统结构如图1所示。

图1 基于GIS的矿业工程系统结构

2 研究现状分析

2.1 矿产勘查与评价

现代地理信息系统出现之前，地图作为地理空间信息表达与传输的基本工具，实现了对地理空间及地理对象的精确表达[19-20]。当前，GIS已逐步取代地质绘图板，被普遍应用到矿产勘查工作的各个方面，实现了地质制图的全盘数字化。利用GIS技术，将原始的空间地质、物理信息、化学信息、遥感数据及成矿信息等加以整合，形成便于矿产预测的图层。通过多个图层的叠加，不仅可以收集及核查各类数据，而且可以使用图层对数据进行有序管理。

在矿产勘查方面，G.Partington[21]基于GIS构建了地质评估与经济风险模型，并将该模型应用于Oman北部的Semail蛇绿岩带中的VMS铜金矿产勘查；A.A.Madani等[22]基于GIS环境，构建了Bulghah金矿区的集成地理数据集，利用加权体系对空间数据与不同的地理数据集进行了整合；K Sprague等[23]在3D GIS环境下，构建了矿产勘查的定向查询方式，实现了探针对象邻近区域查询、数字属性查询、闭曲面壳体查询等功能，获取数据并分析得到了矿体赋存条件。可见，GIS在该领域的应用取得了一定的成效，但是：①现有矿产勘查的时空数据模型大多将时间作为属性看待，并未将时间和空间作为对等的维度参与表达与分析,因此，难以支持复杂地理实体或连续地理现象的描述及地理过程分析[24-26]；②以时空分离为主要特征的GIS往往仅能给出特定时刻的地学现象的状态变化情况，对动态地理现象表达与分析能力不强，不能很好地支持依赖于时空状态与结构连续变化的复杂矿体揭露、发展、演化过程的表达与建模。

2.2 生产调度的“三化”管理

2.2.1 露天及井下机车调度信息化

机车调度信息化是在无线局域网支持下，将GPS技术和GIS技术结合，通过实时信息采集，将露天矿生产过程中移动终端设备的位置、状态等信息传输至调度中心，调度中心通过分析和转换，实现矿山生产过程的实时监控，并将调度命令发送给各移动终端。对此，张阳等[27]利用GIS软件中的MapX模块，以VB为开发平台，构建了一种基于GIS的井下机车区域定位检测系统，实现了井下机车运行状况的实时模拟。该系统主要由机车检测器、检测分站与井上控制中心等3部分组成，通过检测器上传机车的实时数据，对机车车号、车速、荷载情况等信息进行统计，汇总至井上控制中心，控制中心对井下机车车况进行实时监控。

2.2.2 露天矿生产配矿数字化

配矿的目的是降低矿石品位的波动程度，提高矿石质量的稳定性，减少经济损失和提高矿产资源的综合利用率。通过利用GIS技术，构建线性规划模型，建立集短期配矿计划以及矿石工序流程质量控制的生产配矿动态管理体系，实现了对矿石质量的实时控制。为了提高配矿效率，Gu Qinghua等[28]基于GIS/RS/CPRS技术，构建了露天矿配矿动态管理系统，实现了矿石品位控制、配矿计划的自动编制与配矿过程的实时监测，在生产中取得了较好的效果。

2.2.3 矿区消防、管线与人员可视化

矿区消防灭火系统理论上包含GIS子系统、主业务子系统、空间分析子系统与脱机模块子系统等4个部分，通过所构建的空间数据库呈现的电子地图，能够对矿区突发火灾进行迅速定位，确定火灾救险的最佳方案与人员逃生的最优路线，实现对矿区消防的信息化。针对煤矿消防特点，徐效波等[29]基于GIS，在Supermap平台上实现了避灾路径、运输网络、通风网络、供电网络、给排水网络等分析功能，成效较为显著。

矿山生产调度的信息化、数字化与可视化的建设，在很大程度上消除了井下盲区，提高了井下生产的安全性。但是，目前基于GIS实现矿山生产调度仍主要呈现于二维平面“切片”，对于GIS数据的分析主要以图层形式进行展现，缺乏虚实融合技术的实景展示与实时交互，虚拟场景与真实作业场景难以进行有机集成，难以实现观察空间、感知空间与三维虚拟空间的有效融合。此外，作为GIS最重要主体的“人”缺乏参与性，矿山人员难以有效置入虚实融合场景中全方位观察地理现象的分布及其演化过程。因此，有必要引入虚拟现实技术、人机交互技术来增强矿山生产调度的直观感，提高矿山生产调度效率。

2.3 通风网络的仿真模拟

目前，国内外大中型矿山均配备有安全监测系统，但在信息处理、监控方式、预测预警、动态图像显示等方面仍存在不足，将GIS技术应用于通风系统，实现矿山通风信息的数字化管理，可为矿山生产管理部门对矿井通风安全信息的管理、查询、统计分析提供一条新的有效途径。对此，张敬宗等[30]基于GIS技术，构建了矿井通风系统图的三维数据模型和几何模型，利用OpenGL中的拾取机，以ADO作为数据库引擎，开发了三维GIS矿井通风信息系统，实现了矿井通风系统的三维可视化建模和风流模拟。陈宁等[31]开发了基于GIS的矿井通风信息系统，结构如图2所示。

图2 基于GIS的矿井通风信息系统

基于GIS的通风网络模型可以实现巷道风流建模、风流动态模拟与实时监测等功能，有助于确保巷道风流顺畅与保障井下人员作业安全。此外，若将GIS定位功能、预警理论体系与灾后救避险路径模拟系统相结合，建立矿井通风预警、预控以及逃生的完整系统，那么对于提高矿井通风安全，将具有更为重要的意义。

2.4 爆破作业建模与分析

对于爆破作业建模的研究思路是：基于GIS三维显示、空间分析功能，利用数字高程模型(Digial elevation model,DEM)[32]数据叠加遥感影像，构建地表层，并结合MultiPatch构建的地质地层，生成矿山模型，构建炮孔、爆破模型，分别实现对矿山爆破开采过程中的爆破振动效应、爆破噪声污染、爆破及采场运输最优路径的建模和分析。根据该思路，J.D.McCarthy等[33]基于3D GIS，构建钻孔信息系统，通过该系统在复杂查询、添加简单轮廓面及岩层地层探查等方面的交互操作，使作业人员能够突破纸面数据与平面地图的瓶颈，获得数据的空间模式。此外，池秀文等[34]经过研究，构建了爆破作业模型，如图3所示。该模型实现的主要功能为：①依据地震振动影响、空气冲击波影响、噪声影响等评价因子对爆破决策进行评价；②对爆破炮孔、爆堆形态、爆破粉尘等因素进行爆破动态模拟；③依据最小成本原则，模拟爆破过程；④实现对爆破冲击波危害、爆破振动危害的统计，得到了爆破的数值模型。但该模型缺乏在巷道深部受力变形监测、水体实时监测等方面的功能，因而不能完整反应爆破过程对区域岩体的影响。

图3 基于GIS的爆破作业模型

2.5 矿山稳定性监测

GIS技术在矿山稳定性监测方面的应用主要是指露天矿边坡位移监测GIS可视化、开采区沉陷变形监测。对于露天矿边坡稳定性监测，首先建立包括属性数据和图形数据的GIS基础数据库，然后依托ArcGIS软件操作平台，实现露天矿边坡位移监测数据GIS可视化研究分析。在该方面，于广明等[35]基于GIS的地表沉陷预计程序模型架构，开发了新的地表沉陷预计程序，为矿山开采设计和灾害评估提供了依据。M.Mergili等[36]提出了一种基于GIS技术能够处理浅、深层次边坡失稳的三维边坡稳定性模型，称为R.Rotstab模型，随机选择大量椭圆形或截头形滑动面，完成了对边坡稳定性的评估。此外，靳建明等[37]构建了基于GIS的矿山稳定性监测模型如图4所示。

图4 基于GIS的矿山稳定性监测模型

GIS可以很好地实现矿山稳定性的可视化显示，提高对地下工程与露天边坡的可控能力。但是，缺乏虚实融合技术的场景展示和实时交互，虚拟场景与真实场景难以进行有机集成。因此，有必要将GIS技术与虚拟现实技术进行有机结合，将“人”有效地置入虚实融合场景中，从而实现全方位监测矿山稳定性及其演化过程。

2.6 矿区环境监测与矿山复垦

对于矿区环境监测，是基于GIS中的矿业环境信息系统MEIS实现的。MEIS是隶属于GIS的一个分支，它以GIS软硬件作为基础，利用遥感图像或矿区已有地形图、地质图等矿图进行扫描或数字化，建立矿区几何数据库。通过对矿山生产、经营、管理各种信息进行整理，输入矿区环境相应的属性数据建立属性数据库，从矿山(区)生产与管理的实际出发，确立二次开发建立的应用模型，对系统进行整体调整与完善，从而建立MEIS系统。

根据该思路，文献[38]应用RS和GIS技术，通过监测煤矿火灾，估算燃煤造成的温室气体排放量，观测井下开采所引起的地面沉降以及废弃矿点至填海区的环境污染情况，考察并监测煤矿火灾、煤矿塌陷、煤矿关闭和复垦对矿区周边环境的影响。侯湖平等[39]采用生态景观学理论并结合RS与GIS技术，分析了采矿对矿区景观生态影响的变化规律，从生态修复适用范围、模式、技术等方面提出了矿区生态修复的策略。S.M.Kim等[40]基于GIS中一种用于矿区复垦计划的ArcMine模型，构建一个掺入地形图，地质图、防雷漂移地图和钻孔数据的空间数据库，实现分布式矿井危险度、矿区周边环境破坏监测以及矿区复垦计划规划。

将GIS技术应用于矿山塌陷灾害预测与评价，对于提高矿山土地复垦效率有一定的帮助，但现有的研究成果主要集中于时空矿山数据的压缩存储、快速提取、可视化表达与远程调度等方面[41]。随着矿山信息采集、存储、传输、应用环境的发展以及矿山环境的日益复杂，多源混合、海量、具有时态特征的矿山数据的索引问题将更为突出。

3 展 望

3.1 矿山大型GIS空间数据库与云GIS

矿山大型GIS空间数据库是指由矿山地质数据、钻探数据、井巷数据、生产过程中机车人员实时数据等构成的数据库，该类数据库的真正价值在于构建了各种异构数据之间的关联性[42]。当前，矿山GIS系统仍缺乏强大的数据库支持，对于用户指定的要素无法进行合理的显示，该类要素主要包括：①基于式样的要素(点、线与多边形)的有序集合；②诸如数字高程模拟和影像的栅格数据集、网络、地形及其他地表、测量数据集、其他类型数据。当前矿山GIS不能充分满足海量数据分析的需要，而面向矿产勘查数据的严重缺失，无法确保矿产勘查结果的准确性。因此，构建矿山大型GIS空间数据库将是GIS在该领域的一个发展方向，一方面满足用户数据分析的需求，另一方面为矿产勘查提供强有力的数据支持。

云GIS的实质是将GIS平台、软件和矿区地理空间信息能够方便、高效地部署到以云计算为支撑的“云”基础设施之上，能够以弹性的、按需获取的方式提供最广泛的基于Web的服务[43]。在云GIS大环境下，最大的改变就是GIS平台所有的技术点都将“暴露”成多项可调用、可访问的服务，一切都是开放性的、以服务的形式展现，整个产品是一个具有松耦合、可移动、可伸缩性和自适应性的架构。必须强调的是，云计算绝不仅仅是局部应用模块的虚拟化，而是包括存储、数据库(空间数据库)在内，整个基础架构都将以服务形式来提供[45]。 在未来“大数据”环境下，随着大型GIS空间数据库以及云GIS[45]的发展，将实现矿山多个数据库间的数据无障碍共享。

3.2 “3S”等多元技术融合

“3S”技术是指遥感技术(Remote Sensing,RS)、地理信息系统(Geographical information System,GIS)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)为代表的多元技术集合，是矿区环境和稳定性监测发展的重要方向。在该方面，Li Xiao等[46]基于GIS，通过构建反应生态环境现状、生态敏感性与景观空间结构的生态脆弱性指数，对阜新矿区总体规划环境的影响进行评价，并基于ArcGIS软件以条带状的5个级别进行呈现。

通过“3S”等多元技术的融合，可以实现矿区周边环境污染监测、矿区地表沉降塌陷监测、露天矿边坡位移与变形监测、对露天矿爆破作业过程中的炮孔位置精确定位等。其中，RS主要用于矿山地理信息采集与提取；GPS主要用于对遥感图像以及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能与“电子地图”进行套合；GIS则是存储与管理信息的信息库，最终形成了一个动态的、可视的、不断更新的、通过计算机网络能够传输的、三维立体的、不同地域和层次都可以使用的、“活”的系统。

3.3 Interoperable GIS

“Interoperable GIS”即“互操作地理信息系统”，所谓互操作，就是指在异构环境下2个或2个以上的实体，尽管它们实现的语言、执行的环境和基于的模型不同，但它们可以互相通信和协作，完成某一特定任务。对此，M.Breunig等[47]基于GIS组件，建立了面向对象的耦合数据库管理系统，将所有的数据以及3D模型存储于扩展的数据库中，地质和地球物理3D建模工具必须通过公共对象请求代理体系结构(COREA)直接访问数据库，如此便间接的实现了矿业信息的交互共享。对于矿业系统而言，利用Interoperable GIS可以将不同的矿山数据库数据通过实现和使用规范所描述的公共接口模板进行互操作，从而解决地质与钻探数据的共享问题，促进矿山间技术与管理经验交流。

3.4 3D/4D GIS

GIS虽然具有空间分析功能，但空间分析功能仅停留在空间几何分析层面上，且以较简易的图形、图层分析为主，未能提供大量的以数据操作为主的空间分析功能。随着3D GIS的发展，利用3D GIS分析处理矿区井巷的三维数据、地下作业人员与管线信息，实现露天矿边坡表面变形地貌与炮孔的三维定位等应用效果仍不理想。GIS多维化的发展是与矿山数据库构建与共享相配合的，随着矿山大型数据库的建设与共享机制的建立，在3D GIS的基础上开发4D GIS来处理矿山四维数据，不断完善GIS空间分析功能，将是一项十分有意义的工作。

3.5 空间可视化技术与虚拟现实技术相结合

在空间可视化方面，P.Ghadirian等[48]基于GIS的建模与离线增强现实(AR)技术，采用真实物体的纹理信息，增强现实的全景视频帧动态与模拟的时间变化的横向视图之间的联系，来研究澳大利亚某区域14 a期间的杂草传播动态，取得了较好的效果。虚拟现实技术是由实时三维计算机图形技术，广角(宽视野)立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等多种技术所组成技术体系。

将空间可视化技术与虚拟现实技术相结合，可以对矿区地质地形、井下生产作业过程中人员与机车行动进行仿真模拟。通过对矿体、围岩、矿井风流状况、地应力场等进行交互式观察与分析，将会提升对于矿区环境认识的精确程度，井下生产与露天开采过程中人员机械的可控能力，机电线路等设备安全的可视化程度等。随着可视技术与虚拟现实技术的应用，有助于逐步实现矿山生产管理过程的数字化。

[1] 肖克炎，张晓华，朱裕生，等.矿产资源GIS评价系统[M].北京:地质出版社，2000. Xiao Keyan，Zhang Xiaohua，Zhu Yusheng.GIS Evaluation System of Mineral Resource[M].Beijing:Geological Publishing House，2000.

[2] 吴堑虹.利用GIS编制矿产预测图[J].地质与勘探，2000，36(3)：48-50. Wu Qianhong.Mineral resources prediction map by using GIS preparation[J].Geology and Exploration,2000,36(3):48-50.

[3] Hannemann W，Brock T，Busch W.GIS for combined storage and analysis of data from terrestrial and synthetic aperture radar remote sensing deformation measurements in hard coal mining[J].International Journal of Coal Geology，2011，86(1):54-57.

[4] 蔡美峰，李春雷，谢谟文，等.北洺河铁矿开采沉陷预计及地表变形监测与分析[J].北京科技大学学报，2008，30(2)：109-114. Cai Meifeng，Li Chunlei，Xie Mowen，et al.Subsidence prediction and surface deformation monitoring and analysis in Beiminghe Iron Mine，China[J].Journal of University of Science and Technology Beijing，2008，30(2):109-114.

[5] 杜培军，郭达志，方 涛，等.GIS在开采沉陷领域应用及与专业模型的结合[J].武汉大学学报：信息科学版 2003，28(4)： 463-467. Du Peijun，Guo Dazhi，Fang Tao，et al.The combination of the mining subsidence application of GIS and the professional model[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University，2003，28(4):463-467.

[6] Djamaluddin I，Mitani Y，Esaki T.Evaluation of ground movement and damage to structures from Chinese coal mining using a new GIS coupling model[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2011，48(3):380-393.

[7] 王旭春，何满潮，蒋宇静，等.在GIS中实现基于力学原理的滑坡稳定性计算[J].岩石力学与工程学报，2003，22(6)：977-980. Wang Xuchun，He Manchao，Jiang Yujing，et al.Stability analysis of landslide based on mechanics principle in GIS[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(6):977-980.

[8] 张维国，孙效玉，王彦彬.GIS动态属性管理在露天矿卡车调度中的应用[J].金属矿山，2012(6)：109-112. Zhang Weiguo，Sun Xiaoyu，Wang Yanbin.Application of dynamic property management of GIS in open-pit mine truck dispatching[J].Metal Mine，2012(6):109-112.

[9]Guo Yubin.Geological Hazard Risk Assessment In Mining Area Based on GIS[C]∥2010 International Conference on Remote Sensing (ICRS).Vienna:International of Society for Photogrammetry & Remote Sasing,2010.

[10] 陈翠华，倪师军，何彬彬，等.基于污染指数法和GIS技术评价江西德兴矿区土壤重金属污染[J].吉林大学学报：地球科学版，2008， 38(1)：105-111. Chen Cuihua，Ni Shijun，He Binbin，et al.Assessing heavy metals contamination of soils based on the pollution index and GIS methods in Dexing Mine，Jiangxi Province，China[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition，2008，38(1):105-111.

[11] Khalil A，Hanich L，Hakkou R，et al.GIS-based environmental database for assessing the mine pollution:a case study of an abandoned mine site in Morocco[J].Journal of Geochemical Exploration，2014(1):122-145.

[12] Grenon M，Laflamme A J.Slope orientation assessment for open-pit mines，using GIS-based algorithms[J].Computers & Geosciences，2011，37(9):1413-1424.

[13] Coppock J T，Rhind D W.The history of GIS[J].Geographical Information Systems，1991(1):21-43.

[14] Helen Coucleis.Ontologies of geographic information[J].International Journal of Geographical Information Science，2010，24(12):1785-1809.

[15] 胡 最，汤国安，闾国年.GIS 作为新一代地理学语言的特征[J].地理学报，2012，67(7)：867-877. Hu Zui，Tang Guoan，Lu Guonian.The feature of GIS as a new generation geography language[J].Acta Geographica Sinica，2011，67(7):867-877.

[16] 蒋 涛，王正涛，金涛勇，等.GRACE时变重力场位系数相关误差的滤波消除技术[J].武汉大学学报：信息科学版，2009， 34(12)：1407-1409. Jiang Tao，Wang Zhengtao，Jin Taoyong et al.Filter technique of removing correlated errors existing in GRACE time variable gravity data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University，2009，34(12):1407-1409.

[17] 杨晓云，岑敏仪，梁 鑫.基于主成分分析的DEM粗差检测[J].西南交通大学学报，2009，44(6)：830-834. Yang Xiaoyun，Cen Minyi，Liang Xin.Detection of gross errors in DEM based on principal components analysis[J].Journal of Southwest Jiaotong University，2009，44(6):830-834.

[18] 廖顺宝，张 赛.属性数据空间化误差评价指标体系研究[J].地球信息科学学报，2009，11(2)：176-182. Liao Shunbao，Zhang Sai.Study on error evaluating index for spatialisation of attribute data[J].Journal of Geo-information Science，2009，11(2):176-182.

[19] 齐清文，姜莉莉，张 岸.数字地图的研究进展和应用新方向[J].地球信息科学学报，2011，13(6)：727-734. Qi Qingwen，Jiang Lili，Zhang An.Discussion on the theoretic，methodological and technological system of digital map[J].Journal of Geo-information Science，2011，13(6):727-734.

[20] 苏艳军，王英杰，罗 斌，等.新型网络地图符号概念模型及其描述体系[J].地球信息科学学报，2009，11(6)：839-844. Su Yanjun，Wang Yingjie，Luo Bin，et al.A new conceptual model and its describing system of internet map symbol[J].Journal of Geo-information Science，2009，11(6):839-844.

[21] Partington G.Developing models using GIS to assess geological and economic risk:an example from VMS copper gold mineral exploration in Oman[J].Ore Geology Reviews，2010，38(3):197-207.

[22] Madani A A.Knowledge-driven GIS modeling technique for gold exploration，Bulghah gold mine area，Saudi Arabia[J].The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science，2011，14(2):91-97.

[23] Sprague K，Kemp E，Wong W，et al.Spatial targeting using queries in a 3D GIS environment with application to mineral exploration[J].Computers & Geosciences，2006，32(3):396-418.

[24] Yuan L W，Yu Z Y，Chen S F，et al.Clifford algebra based unified spatial-temporal analysis[J].Transactions in GIS，2010(S):59-83.

[25] Fana Y T，Yanga J Y，Zhu D H，et al.A time-based integration method of spatio-temporal data at spatial database level[J].Mathematical and Computer Modeling，2010，51(11):1286-1292.

[26] Peuquet D J.Representations of Space and Time[M].London:Guilford Press，2002.

[27] 张 阳.基于GIS的井下机车区域定位检测系统[J].金属矿山，2012(3)：115-118. Zhang Yang.The regional positioning detection system based on GIS for underground locomotive[J].Metal Mine，2012(3):115-118.

[28] Gu Q，Lu C，Guo J，et al.Dynamic management system of ore blending in an open pit mine based on GIS/GPS/GPRS[J].Mining Science and Technology，2010，20(1):132-137.

[29] 徐效波，吴华玲，王建强，等.煤矿安全生产信息系统的设计与实施[J].地球信息科学学报，2012，14(4)：454-459. Xu Xiaobo，Wu Hualing，Wang Jianqiang,et al.Development and application of the coal mine safety production system based on GIS[J].Journal of Geo-information Science，2012，14(4):454-459.

[30] 张敬宗，高文龙.基于三维GIS的矿井通风信息系统[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2012(10)：634-637. Zhang Jingzong，Gao Wenlong.Mine ventilation information system based on 3D GIS[J].Journal of Liaoning Technical University:Natural Science，2012(10):634-637.

[31] 陈 宁，陆愈实.基于GIS的矿井通风预警信息系统研究[J].中国矿业，2012，21(3)：111-113. Chen Ning，Lu Yushi.Study on mine ventilation and early-warning information system based on GIS[J].China Mining Magazine，2012，21(3):111-113.

[32] 王小兵，孙久运.数字高程模型压缩研究进展浅析[J].测绘科学，2013(6)：23-25. Wang Xiaobing，Sun Jiuyun.Research process review on DEM data compression[J].Science of Surveying and Mapping,2013(6):23-25.

[33] McCarthy J D，Graniero P A.A GIS-based borehole data management and 3D visualization system[J].Computers & Geosciences，2006，32(10):1699-1708.

[34] 池秀文，赵 旭，黄解军.基于GIS的三维矿山爆破信息系统开发与应用[J].金属矿山， 2010(1)：138-141. Chi Xiuwen，Zhao Xu，Huang Xiejun.The development and application of 3D-mine blasting information system[J].Metal Mine，2010(1):138-141.

[35] 于广明，张春会，李振宇，等.基于GIS的矿山开采沉陷预测电算化研究[J].岩土力学，2004(S)：52-56. Yu Guangming，Zhang Chunhui，Li Zhenyu，et al.Computerization study on predicting mining subsidence based on GIS[J].Rock and Soil Mechanics，2004(S):52-56.

[36] Mergili M，Marchesini I，Rossi M，et al.Spatially distributed three-dimensional slope stability modeling in a raster GIS[J].Geomorphology，2014(2):178-195.

[37] 靳建明，吴 侃，王卷乐.GIS在开采沉陷中的应用探讨[J].地矿测绘，2000(4)：3-5. Jin Jianming，Wu Kan，Wang Juanle.Study of application GIS to mining subsidence[J].Geological Mineral Surveying and Mapping，2000(4):3-5.

[38] Düzgün S，Künzer C，Özgen Karacan C.Applications of remote sensing and GIS for monitoring of coal fires，mine subsidence，environmental impacts of coal-mine closure and reclamation[J].International Journal of Coal Geology，2011，86(1):1-2.

[39] 侯湖平，张绍良，闫 艳，等.基于RS，GIS的徐州城北矿区生态景观修复研究[J].中国矿业大学学报，2010，39(4)：504-510. Hou Huping，Zhang Shaoliang，Yan Yan，et al.RS and GIS based ecological landscape restoration in Xuzhou Northern coal mining area[J].Journal of China University Mining & Technology，2010,39(4):504-510.

[40] Kim S M，Choi Y，Suh J，et al.ArcMine:A GIS extension to support mine reclamation planning[J].Computers & Geosciences，2012(4):84-95.

[41] 俞肇元，袁林旺，罗 文，等.边界约束的非相交球树实体对象多维统一索引[J].软件学报，2012，23(10)：2746-2759. Yu Zhaoyuan，Yuan Linwang，Luo Wen，et al.Boundary restricted non-overlapping sphere tree for unified multidimensional solid object index[J].Journal of Software，2012，23(10):2746-2759.

[42] 陆 锋，张恒才.大数据与广义GIS[J].武汉大学学报：信息科学版，2014，39(6)：645-654. Lu Feng，Zhang Hengcai.Big data and generalized GIS[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University，2014，39(6):645-654.

[43] 李少丹.云GIS的发展趋势分析[J].电脑知识与技术， 2011(16)：3824-3826. Li Shaodan.Analysis of cloud GIS’s development trend[J].Computer Knowledge and Technology，2011(16):3824-3826.

[44] 张 伟.基于SaaS模式的产业集群协同商务平台研究[D].广州：华南理工大学， 2010. Zhang Wei.Study on Industrial Cluster Collaborative Commerce Platform Based on SaaS Model[D].Guangzhou:South China University of Technology，2010.

[45] 林德根，梁勤欧.云GIS的内涵与研究进展[J].地理科学进展，2012，31(11)：1519-1528. Lin Degen，Liang Qinou.Research progress and connotation of cloud GIS[J].Process in Geography，2012，31(11):1519-1528.

[46] Liao X，Li W，Hou J.Application of GIS based ecological vulnerability evaluation in environmental impact assessment of master plan of coal mining area[J].Procedia Environmental Sciences，2013(18):271-276.

[47] Breunig M，Cremers A B，Götze H J，et al.First steps towards an interoperable GIS：an example from Southern Lower Saxony[J].Physics and Chemistry of the Earth:Solid Earth and Geodesy，1999，24(3):179-189.

[48] Ghadirian P，Bishop I D.Integration of augmented reality and GIS:a new approach to realistic landscape visualization[J].Landscape and Urban Planning，2008，86(3):226-232.

(责任编辑 王小兵)

Application Status and Prospect of GIS in Mining System

Wang Leiming1,2Yin Shenghua1,2

(1.StateKeyLaboratoryofHigh-EfficientMiningandSafetyofMetalMines，MinistryofEducationBeijing100083，China;2.SchoolofCivilandEnvironmentEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)

Geographic information system (GIS) has plenty of functions，such as acquisition，management，analysis and output of a variety of geographic spatial information and so on.As a comprehensive discipline combined of geography，cartography，remote sensing technology and computer science，it has been widely applied and researched in recent years.Combing with the latest research results in this field，the application status of GIS in mining system have been analyzed from the aspects of mine geological prospection and evaluation，mining machinery and personnel position，mining ventilation network simulation，mine slope disaster monitoring and early-warning，mine environment monitoring and mine reclamation and others.Based on this，the directions of GIS in mining system with representative of 3D/4D GIS are prospected from the aspects of constructing large-scale mining GIS spatial database and cloud GIS，integrating with GIS，RS，GPS in mining environmental monitoring and stability process，and constructing interoperable GIS,combination with the spatial visualization and virtual reality technology in the process of mining production management so as to provide some reference for construction of digital mine.

GIS，Mine system，Research status，Prospect

2015-03-01

国家自然科学基金项目(编号：51374035)，教育部新世纪优秀人才支持计划项目(编号：NCET-13-0669)，全国优秀博士学位论文作者专项资金项目(编号：201351)。

王雷鸣(1991—)，男，硕士研究生。通讯作者 尹升华(1981—)，男，教授，博士，博士研究生导师。

TD672

A

1001-1250(2015)-05-122-07