導(dǎo)語(yǔ)：地理信息系統(tǒng)在礦山的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:地理信息系統(tǒng)(GIS)作為目前發(fā)展最迅速的高新技術(shù)之一,將其應(yīng)用在礦山,可以大大地推動(dòng)礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的現(xiàn)代化。GIS在城市交通、通訊、電力等方面應(yīng)用廣泛,但其在礦山方面的應(yīng)用還很少。文中簡(jiǎn)要介紹了礦山應(yīng)用GIS的必要性,礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)的特點(diǎn)及功能,概述了目前MGIS在應(yīng)用方面存在問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:GIS;礦山地理信息系統(tǒng);應(yīng)用及問(wèn)題;發(fā)展趨勢(shì)

GIS是英文GeographicInformationSystem的縮寫(xiě),通常稱(chēng)為地理信息系統(tǒng)。GIS是介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉學(xué)科,是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)[1]。

地理信息系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,有多個(gè)分支,目前GIS在資源調(diào)查管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、城市規(guī)劃、土地利用、公共交通、各類(lèi)工程施工、軍事國(guó)防以及商業(yè)、經(jīng)營(yíng)決策等方面均已得到廣泛而卓有成效的應(yīng)用。礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)是其分支之一,該系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),應(yīng)用測(cè)量、攝影測(cè)量與遙感等技術(shù)采集信息,并通過(guò)機(jī)械制圖和圖像處理等手段,緊密結(jié)合礦山的空間與資源特征構(gòu)建起來(lái)的一種信息系統(tǒng)。將GIS運(yùn)用于指導(dǎo)礦山的規(guī)劃、日常生產(chǎn)、管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及安全預(yù)警等各方面將有很重要的意義。我國(guó)的礦山地理信息系統(tǒng),起步較晚。但是,經(jīng)過(guò)我國(guó)礦業(yè)科技工作者的努力,在深入的理論研究和縝密的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基礎(chǔ)上,建立了初步的礦山地理信息系統(tǒng)。并且MGIS在一些礦山的應(yīng)用中,已經(jīng)或正在發(fā)揮其重要作用。所以,建立與發(fā)展MGIS對(duì)我國(guó)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

1礦山應(yīng)用MGIS的必要性

礦山是一種特殊的地理區(qū)域。現(xiàn)代礦山一般規(guī)模龐大,面積較廣,地質(zhì)條件和礦體賦存條件差別很大,主要表現(xiàn)為:礦床地層構(gòu)造復(fù)雜,礦體厚度不穩(wěn)定,傾角變化大,頂?shù)装宀环€(wěn)定,有時(shí)受地下水的威脅等等;生產(chǎn)方式復(fù)雜,生產(chǎn)礦井提升、運(yùn)輸方式多樣;設(shè)備復(fù)雜,種類(lèi)繁多,設(shè)備數(shù)量多。由此可見(jiàn),礦山的信息量巨大,并且數(shù)據(jù)類(lèi)型多,包括地質(zhì)、采礦、測(cè)繪、選冶、分析、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)與管理等多方面的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)載體有文件資料、表格、圖形圖像、數(shù)據(jù)庫(kù)等[1]。

礦山數(shù)據(jù)具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。大量的數(shù)據(jù)不及時(shí)收集、整理、保存,一旦丟失,將給礦山造成巨大信息及經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。礦山數(shù)據(jù)的保存和分析對(duì)礦山的生產(chǎn)、技術(shù)、安全、管理、效益、資源的有效利用及環(huán)境的保護(hù)具有重要意義,例如對(duì)地表及采空區(qū)上的構(gòu)(建)筑物等的保護(hù),對(duì)地下水及地表水、生態(tài)的保護(hù),采礦工程引起的塌陷區(qū)的復(fù)懇等可提供科學(xué)依據(jù)。目前,礦山工程施工、開(kāi)采過(guò)程、設(shè)備、材料信息、經(jīng)營(yíng)管理信息等的收集和處理主要停留在手工操作上,已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)、管理、辦公等要求,急需具有智能化特征的方法與系統(tǒng)來(lái)滿足企業(yè)之需求。MGIS是滿足這一需求的最好方法之一[2]。

礦山是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),其可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)非線形、行為多樣性、信息不確定性和狀態(tài)不可逆性的特點(diǎn)。面臨著非常巨大的困難,MGIS的建立將提供解決這些問(wèn)題的可能[3]。

2MGIS的特點(diǎn)及其功能

2.1MGIS的特點(diǎn)[2]

礦山地理定位數(shù)據(jù)是MGIS的基本數(shù)據(jù),利用礦山地面和井下測(cè)量信息構(gòu)建礦山的幾何空間框架。礦山數(shù)據(jù)源包括地形圖、測(cè)量資料、礦山土地利用圖、地質(zhì)圖及文字報(bào)告、礦床產(chǎn)狀圖及文字報(bào)告、采掘工程圖、井上下對(duì)照?qǐng)D、礦山建筑資料等。其儲(chǔ)存形式,主要有圖象、圖形、文字、表格等。這些為數(shù)據(jù)源靜態(tài)的一面。另一方面,由于礦山生產(chǎn)和區(qū)域社會(huì)的不斷發(fā)展,還有大量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),即在生產(chǎn)過(guò)程中不斷更新、增加的數(shù)據(jù)和信息。這部分?jǐn)?shù)據(jù)是生產(chǎn)和管理的最新資料,是系統(tǒng)保持現(xiàn)實(shí)性所必需的。MGIS的數(shù)據(jù)具有以下主要特點(diǎn):

(1)多源性。數(shù)據(jù)涉及不同的領(lǐng)域、不同的來(lái)源、不同的載體。

(2)時(shí)空特性。數(shù)據(jù)具有時(shí)空四維的幾何和屬性信息,并且隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,數(shù)據(jù)處在不斷的更新、增刪之中。

(3)多時(shí)相性。礦山信息涵蓋礦山生產(chǎn)和建設(shè)的各個(gè)階段。

(4)不確定性。各種空間、資源和環(huán)境數(shù)據(jù)具有不確定性或模糊性。

2.2MGIS的基本功能[3]

MGIS是在礦業(yè)信息數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)代空間分析、數(shù)據(jù)采礦、知識(shí)挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和科學(xué)計(jì)算技術(shù),為礦產(chǎn)資源評(píng)估、礦山規(guī)劃、開(kāi)拓設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安全和決策管理進(jìn)行模擬、仿真和過(guò)程分析提供新的技術(shù)平臺(tái)和強(qiáng)大工具。MGIS具備如下功能:

(1)監(jiān)測(cè)礦區(qū)環(huán)境狀況及演變。

(2)采集、管理、處理、分析一切與礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源相關(guān)的時(shí)空信息。

(3)利用3D建模與可視化技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)模擬、再現(xiàn)與仿真礦山開(kāi)采活動(dòng)及給環(huán)境帶來(lái)的相關(guān)影響。

(4)輔助礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)、礦井生產(chǎn)管理,支持礦山防災(zāi)、減災(zāi)與救災(zāi)指揮。

(5)進(jìn)行人機(jī)協(xié)同的礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃與指標(biāo)評(píng)估,其核心是礦區(qū)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型庫(kù)、決策知識(shí)庫(kù)及中間關(guān)聯(lián)的邏輯解譯等子系統(tǒng)。

3GIS礦山應(yīng)用現(xiàn)狀

地理信息系統(tǒng)用于礦山必將引起礦山數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的一場(chǎng)革命。發(fā)展礦山地理信息系統(tǒng)已成為一種必然趨勢(shì)。礦山地理信息系統(tǒng)目前在礦山中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面[4]:

(1)礦床地質(zhì)勘探及礦山設(shè)計(jì)。建立的MGIS存儲(chǔ)有大量的礦山地理信息數(shù)據(jù),利用GIS的強(qiáng)大功能進(jìn)行勘探設(shè)計(jì)、地質(zhì)施工、報(bào)告編制及礦山設(shè)計(jì),可以極大地提高工作效率,減少設(shè)計(jì)失誤,優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

(2)編制生產(chǎn)計(jì)劃。依賴礦山地理信息數(shù)據(jù)也可以制定生產(chǎn)計(jì)劃,通過(guò)對(duì)其空間關(guān)系的實(shí)時(shí)分析,可以使生產(chǎn)計(jì)劃的制定建立在客觀、合理、有效的基礎(chǔ)之上,通過(guò)模擬,還可以進(jìn)一步檢驗(yàn)生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)合理性和可操作性。

(3)日常生產(chǎn)管理。礦山日常生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題,會(huì)揭露出許多新的地質(zhì)現(xiàn)象,這些新的資料要及時(shí)地輸入到MGIS中,通過(guò)其強(qiáng)大的分析功能,科學(xué)及時(shí)有效地調(diào)制生產(chǎn)計(jì)劃,提高生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施效率。同時(shí),各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可以及時(shí)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)計(jì)算出來(lái),供領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施決策時(shí)參考。

(4)礦山生產(chǎn)安全。礦山生產(chǎn)中有許多因素會(huì)影響生產(chǎn)安全,如隨著開(kāi)挖的進(jìn)行,礦山地壓的變化及冒頂片幫規(guī)律的變化;斷層裂隙帶;地下水;粉塵及有害氣體等等。這些因素與礦山生產(chǎn)部位的空間關(guān)系如何是礦山生產(chǎn)安全所要考慮的首要問(wèn)題。GIS所具有的空間分析功能和空間模擬功能,能使這種關(guān)系可視化,能提高管理者的判斷能力,從而保證礦山生產(chǎn)的安全

(5)生產(chǎn)監(jiān)督檢查。礦山生產(chǎn)要接受上級(jí)部門(mén)和地礦管理部門(mén)的監(jiān)督檢查,如礦山生產(chǎn)安全方面和資源回收方面的檢查等。這些部門(mén)通過(guò)MGIS對(duì)礦山生產(chǎn)的檢查,會(huì)更及時(shí)、更客觀、更有效。

(6)礦山環(huán)境保護(hù)。礦山生產(chǎn)會(huì)造成許多環(huán)保問(wèn)題,如采礦塌陷、礦區(qū)周邊環(huán)境破壞、礦山需重新綠化等等,利用MGIS和專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合,可以有效地預(yù)測(cè)這些環(huán)保問(wèn)題,以便及時(shí)地采取措施加以解決。

(7)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)。在礦山中還可以使用MGIS來(lái)對(duì)礦山進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),對(duì)未來(lái)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)等。礦山經(jīng)營(yíng)的各個(gè)方面可以使用MGIS來(lái)提高工作效率,降低生產(chǎn)成本,提高決策的科學(xué)合理性。

4MGIS研究所面臨問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

4.1MGIS所面臨的問(wèn)題

建立礦區(qū)地理信息系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的、工程量巨大的系統(tǒng)工程,需要從數(shù)據(jù)、功能、應(yīng)用各方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、研究與開(kāi)發(fā),綜合應(yīng)用信息、地理、采礦、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、測(cè)繪、地球空間信息科學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,建立能對(duì)礦區(qū)多源信息進(jìn)行管理和處理的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)已成為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。但是,對(duì)復(fù)雜的礦區(qū)系統(tǒng),運(yùn)用這些知識(shí)和技術(shù)建立MGIS時(shí)面臨很多問(wèn)題[5]。

4.1.1MGIS數(shù)據(jù)的采集及質(zhì)量

數(shù)據(jù)是MGIS中重要的組成部分,建立MGIS的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是數(shù)據(jù)的采集輸入與數(shù)據(jù)的質(zhì)量保證。數(shù)據(jù)是MGIS進(jìn)行規(guī)劃、管理和決策的基礎(chǔ)。MGIS中的數(shù)據(jù)主要是指與礦產(chǎn)資源條件有關(guān)的描述和分析。由于各種數(shù)據(jù)獲取的方法、采用的設(shè)備不盡相同,其可靠度、精度也不一致。此外,由于自然界各種空間現(xiàn)象本身客觀存在著多種不確定性,以及人類(lèi)對(duì)自然現(xiàn)象本身認(rèn)識(shí)的不完備性,所有的空間數(shù)據(jù)都是對(duì)空間現(xiàn)象的近似表達(dá)。因此,MGIS中的數(shù)據(jù)存在多種不確定性。為了發(fā)揮MGIS的性能,需要針對(duì)各種數(shù)據(jù)類(lèi)型的特征深入研究處理數(shù)據(jù)不確定性的方法[6]。

4.1.2MGIS數(shù)據(jù)的表達(dá)顯示及分析

通過(guò)各種有效手段采集到的空間數(shù)據(jù)及其導(dǎo)出信息,如何利用可視化技術(shù)和符號(hào)化表示方式來(lái)形象、直觀、生動(dòng)地表達(dá)和顯示。如何根據(jù)所要解決的問(wèn)題,連接GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、方法庫(kù)和知識(shí)庫(kù),實(shí)現(xiàn)GIS的目標(biāo)、空間建模。將復(fù)雜現(xiàn)象及過(guò)程可視化顯示[7]。

4.1.3MGIS應(yīng)用模型的開(kāi)發(fā)

模型是將現(xiàn)實(shí)的礦山世界的數(shù)據(jù)組織為有用的且能反映真實(shí)信息的數(shù)據(jù)集,對(duì)MGIS來(lái)說(shuō),數(shù)據(jù)建模就是GIS與礦山生產(chǎn)與管理應(yīng)用專(zhuān)業(yè)模型的結(jié)合,建立起礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)踐的各種應(yīng)用模型庫(kù)。建立MGIS的應(yīng)用模型庫(kù)是MGIS系統(tǒng)集成的十分重要的一環(huán)[8]。

4.1.4礦山三維GIS數(shù)據(jù)模型及其三維可視化

目前,大部分GIS系統(tǒng)為二維,各行各業(yè)對(duì)三維GIS要求日益迫切。礦山由地表、地下等多層三維或四維(含時(shí)間)立體空間構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)這些立體空間的真三維操作,是GIS行業(yè)目前關(guān)注較多的研究課題[3]。

4.2MGIS的發(fā)展趨勢(shì)

礦山地理信息系統(tǒng)的建立、發(fā)展和廣泛應(yīng)用,必將促使我國(guó)礦山工業(yè)的生產(chǎn)管理向信息化、科學(xué)化的方向邁進(jìn)。通過(guò)對(duì)各種地質(zhì)、礦山測(cè)量、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)參數(shù)的分析和處理,可使礦山企業(yè)的各級(jí)主管人員迅速、及時(shí)并直觀地查詢有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。

通過(guò)分析研究,礦山地理信息系統(tǒng)的近期發(fā)展重點(diǎn)是:MGIS應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā),以礦山空間數(shù)據(jù)的采集、處理、加工為突破口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的滾動(dòng)開(kāi)發(fā),從而提高M(jìn)GIS的應(yīng)用水平。它的遠(yuǎn)景發(fā)展趨向,則是與遙感,全球定位系統(tǒng)以及專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合,成為智能化的高度集成的礦山地理信息系統(tǒng),并向著規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息共享等方面發(fā)展。

5結(jié)語(yǔ)

GIS技術(shù)的日趨成熟和廣泛應(yīng)用,為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)中的規(guī)劃、管理、設(shè)計(jì)與決策提供了嶄新的技術(shù)手段[9]?，F(xiàn)代礦山是一個(gè)多介質(zhì)的復(fù)雜系統(tǒng),而且規(guī)模較大,可視化表達(dá)礦山信息是MGIS優(yōu)勢(shì)所在。對(duì)于礦山生產(chǎn)管理、規(guī)劃、消除安全隱患以及及時(shí)了解礦山各個(gè)區(qū)域的情況,原始的方法已經(jīng)不適合于礦山。隨著現(xiàn)代化礦山建設(shè)的發(fā)展,以及礦山可持續(xù)發(fā)展的要求,建立礦山地理信息系統(tǒng)處理數(shù)據(jù),可視化管理礦山意義重大,將給礦山帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]李學(xué)亮.礦山地理信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨向[J].礦山測(cè)量,1997(2):12～28。

[2]杜云,戴華陽(yáng),李貴昌,等.地理信息系統(tǒng)在礦山中的應(yīng)用[J].煤,2002,1(1):6～7。

[3]王大江,張麟,李永民.MGIS在煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的作用[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2004,8(4):47～49。

[4]王少安.地理信息系統(tǒng)及其在煤礦上的應(yīng)用[J].中州煤炭,2000(5):17。

[5]杜培軍,盛業(yè)華,唐宏.對(duì)建立礦區(qū)地理信息系統(tǒng)(MGIS)若干問(wèn)題的探討[J].地礦測(cè)繪,2000(2):28～30。

[6]張海榮,郭達(dá)志,張書(shū)畢,等.MGIS的數(shù)據(jù)特征及其不確定性[J].礦山測(cè)量,2002,6(2):8～10。

[7]劉惠德,李和林,李志強(qiáng).GIS在礦山中的應(yīng)用探討[J].西山科技,2000,6:11～13。

[8]徐豁,馬小計(jì),石琨.礦業(yè)地理信息系統(tǒng)及數(shù)字礦山若干問(wèn)題探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2003,8(8):55～57。

[9]魏一敏,劉堅(jiān),吉兆寧.GIS技術(shù)及其在礦業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)錳業(yè),1998,8(3):13～16。