构建矿山地理信息数据的理论与实践
2020-07-31吴祖霞
吴祖霞
（安徽省地质矿产勘查局332地质队， 安徽黄山 245000)
0 引言
矿山地理信息系统是生态管理监测、安全生产的基础和框架，包含以下环节：建立矿山控制测量，构建地理信息系统的空间框架；测绘地形图，测绘与矿山环境相关兴趣点；设计*.dwg到GIS数据转换流程，并对*.dwg进行严格的检查；编写数据转换程序，对局部转换数据进行验证分析，实施数据转换。
1 矿山控制测量
安徽省内绝大部分地区都被AHCORS站覆盖，使用动态或静态方法建立自己的矿山测量控制网，平面系统可以使用观测解算数据，但高程精度达不到要求，故采用水准测量、高精度的三角高程测量建立高程控制网[1]，也可以用似大地水准面精化方法获得对应点的高程。整个控制点（网）的观测、计算集成度高，不需要人工干预。
控制网建立阶段尽可能考虑到矿山总体发展，兼顾巷道或封闭空间地面控制测量。
2 矿山地形图测绘
2.1 全野外数字化测图
先进行控制加密，实施碎部测量，编绘成图。外业工作量非常大，大面积测绘时，基本不再采用全外业实测成图方法。
2.2 航测成图法
使用航空摄影测量的方法测图，是测绘大中比例尺地形图主流方法，也是目前矿山地形图测绘的首选。根据矿山的实际情况和任务要求，申请航摄，并根据航摄是否具有POS系统，决定是否做像片控制测量，再做空三加密，实施立体测图。
1∶1000比例尺地形图像控点精度指标，分平面和高程部分：平面包括平面控制点和平高控制点，相对临近基础控制点(图上)，平原丘陵中误差限差≤0.12mm，山地高山地中误差限差≤0.16mm；高程控制点和平高控制点，相对基础控制点高程中误差≤0.1m。
空中三角测量[2]，称空三加密，按精度指标执行，才能确保自身空三成果和后续航测内业测图满足规范要求。内定向，一般不大于0.010mm，最大不超过0.015mm；相对定向，不大于1/3像素，最大不超过2/3像素；模型连接较差，ds≤0.06×m像×10-3，dz≤0.04(m像×fk)/b×10-3，其中ds为平面位置较差，dz为高程较差，m像表示像片比例尺分母，fk航摄仪焦距，b像片基线长度。扫描数字化影像，直接按这些标准，当使用数码影像时，取公式中ds、dz值的1/2.
室内测图是指航测内业在模型绝对定向符合要求后，在模型上判读测图，内业尽可能多将数据测出来，便于外业补测和调绘。按地形图测绘要求分层分要素测图：居民地和垣栅、工矿构筑物及其他设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、地貌、植被、地理名称，内业尽可能使用其他资料注记一些地名，方便外业开展工作。
内业测图后，尽可能进行编辑，尤其注意符号化线型正确使用。将数字线条图叠加正射影像，打印输出供外业手工调绘，或制作切片供外业电子平板调绘。电子平板调绘有较大优势，可以定位拍照，相当一部分内容不需要内业再次重复录入。
“内业定位，外业定性”明确了航测法成图内外业的职责范围，当然更多要求考虑内业工作的优势及外业艰辛。外业调绘基本以影像为依据，凡地形图表示的地物、地貌外业都要一一定性调绘，内业看不清、判不准的均需外业准确表示出来，甚至需要记录交汇的数据（或实测、补测数据）。
根据外业调绘和补测数据，内业编辑成图，检查修改。
2.3 无人机测图
无人机测绘技术，日臻成熟。可以采用无人机技术测绘地形图，但由于相控加密的困难、相对定向工作量庞大以及飞行的不稳定性，目前还不是首选方案，在日常管理阶段可以采用这种技术进行小范围的地形图修补测。
2.4 矿山地形图编辑处理
内业编辑使用南方CASS成图软件，按独立地物DLDW、道路设施DLSS、地貌土质DMTZ、管线设施GXYZ、居民地JMD、植被土质ZBTZ以及注记ZJ进行数据分层（见图1）。
图1 AutoCAD分层Figure 1.AutoCAD layering
南方CASS为用户提供了*.CAS明码交换文件，包含全部图形的几何和属性信息，为地形图向GIS数据转换提供最好的选择。
也可以通过FME读取扩展码的方式进行转换。
3 创建矿山GIS数据
GIS数据执行基础地理数据库对位置精度、属性精度、完整性、逻辑一致性的要求[3]。对数据进行预检，未达到数据转换要求的，提交上工序修改完善。
应认真分析数据结构，找出适用的转换方法。
3.1 充分利用软件生成的交换数据
将地形图数据交换文件，以下是*.cas记录的砼房屋数据(局部)：
PLINE
141111，0.000，N，0
544223.9736 ，3528961.3994
544223.2153 ，3528965.5221
544229.7749 ，3528966.7286
544230.5332 ，3528962.6059
C
E
……
nil
辅助线和点也要转换，主要是为了解决难以符号化的数据显示问题。
3.2 正确使用地物编码与GIS数据对应关系
表1 地物编码与GIS分层对应关系（部分）Table 1.Corresponding relationship between ground object coding and GIS layer(part)
将表1编写成编程语言使用的字典，进行数据转换。
该字典也是检查上游数据的标准，不含地物编码或地物编码错误，都无法实施数据的转换。
3.3 编写数据转换函数
南方CASS中有8种类型的数据，有近900个扩展属性编码，编程的思路基本相同。核心是8类数据：点状地物(POINT)、线段(LINE)、弧线(ARC)、圆(CIRCLE)、复 合 线 (PLINE)、样 条 线 (SPLINE)、文 字(TEXT)、特殊地物(SPECIAL)，进行转换时有些细微的差别，要编写不同的函数。
弧线(ARC)、圆(CIRCLE)、样条线(SPLINE)需要进行插值，才能实现完美的数据转换。
def patch2cas()##批量生成文件明码的函数
def datatype()##8种数据类型判断函数
def insertpoint()##弧线、圆、样条线插入点函数
def cas2gis_dict()##CASS数据到GIS的数据字典
def writeGeometry()##写入几何
复合线数据转换的代码：
实现从*.dwg转换到ArcGIS数据的语句如下，
cursor=InsertCursor(Bpoly，["SHAPE@"，"GB"，"TYPE"])
array=Array([arcpy.Point(544223.9736，3528961.3994)，
arcpy.Point(544223.2153，3528965.5221)，
arcpy.Point(544229.7749，3528966.7286)，
arcpy.Point(544230.5332，3528962.6059)，
arcpy.Point(544223.9736，3528961.3994)])
polygon=Polygon(array)
cursor.insertRow([polygon，310300，”砼”.decode(“utf-8”)])
数组array中，首尾两点的坐标相同，是面文件的要求；Bpoly对应居民地的面层，未转换之前是空文件；310300，为国标代码，是单幢房屋，建筑材料类型为砼。
3.4 目标数据
全部数据要对应到表2中，不使用非标准的图层和数据，最终数据要经过检查验收。不仅目标清楚，而且数据数量也需要比对，由相应的函数来解决。
表2 GIS分层明细Table 2.Hierarchical details of GIS
4 结语
矿山地理信息系统，有可借鉴的案例，在吸取他人经验的同时，形成自己的特色。数据格式转换程序可以对AutoCAD地形图成果进行某些方面的质量检验，是处理CASS数据到ArcGIS转换的成功方法。
