礦山道路選線設計中地理信息系統的應用研究

龔選林

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

礦山道路的建設，是為了滿足礦山生產生活的需求，具體包括生產干線、生產支線、聯絡線和輔助線。目前，我國礦山建設增速，由于大多礦區都位于還未開發的大山之中，山高林密、地形復雜，在礦山建設前期業主一般不會投入大量資金對區域地質及地形地貌進行詳細勘察，只會在技術經濟分析結果出來并確認經濟效益較好的前提下才會做具體的工作。而礦山道路是聯系礦區各個工業場地的，其線路選擇是否經濟合理關乎著整個項目是否能夠實施的基礎條件之一。綠水青山就是金山銀山，礦山道路路線選擇是否合理，不但關系著礦山能否順利建設，還對礦區的生態環境有著重要影響。基于此，本文提出應用地理信息系統，輔助開展礦山道路選線設計，保證設計的科學性和合理性。

1 礦山道路選線設計要點分析

以露天礦山道路設計為例，露天礦山道路是整個礦區范圍內，用于行駛礦用自卸汽車，或者聯系礦區內各工業場地、各車間、廠房的道路。按照性質指標劃分，礦山道路分為生產干線、生產支線、聯絡線和輔助線。露天礦山道路的設計要滿足相應的技術指標。表1為礦山道路建設主要技術指標。

表1 露天礦山道路技術指標（部分數據）

2 地理信息系統在道路選線中的具體應用

2.1 GIS概述

GIS作為新型技術，被廣泛的應用于道路選線工作中，尤其是，數字城市以及虛擬社區等的發展，帶動著GIS技術的應用和發展。目前，GIS技術的應用，涉及到以下領域：測繪以及地圖制圖；資源管理；災害監測以及環境保護等。在道路選線中，GIS的具體應用為輔助決策系統，具有空間可視化功能，能夠實現數據源以及空間分析模型的構建，包括空間定性功能和定量功能等，功能較強。地理信息系統的應用，能夠為設計人員，提供可視化的選線環境、空間數據結構，比如柵格和矢量，以及空間數據，包括地形信息和地貌數據等。基于GIS的公路選線設計，因為模型不同，方法多樣。現結合數字高程建模法，進行如下分析。

2.2 數字高程建模法的應用

（1）建模。在礦山道路選線設計中，應用地理信息系統，使用數字高程模型，對礦區地面原始地形進行描述，能夠提高設計的效率，保證數據的準確性。在進行DEM構建時，因為只有有限個離散點的實際測量高程數據，其余空白區域需要依靠空間插值運算，進而獲得近似值。礦區地表地形作為礦山公路選線設計的主要依據，其直接影響著公路設計。基于此，依托地理信息系統，先要構建礦區地表地形模型。模型的構建，基礎資料為礦區地質勘察資料。現階段，地質勘查單位多使用地質資料管理系統，比如MapGIS，能夠自動生成數字地質地形圖，為礦區地表地形模型的構建，提供了有力的條件[1]。

（2）實現方式。依據礦山道路選線設計基本原理以及方法，采用礦區DEM進行定線，其本質上是依據地形坡度和坡向等，明確礦山道路的具體走向。結合工程設計實際需求，可采取以下實現方式：先按照一定高差，利用礦區DEM，制作等高線圖，需要保證足夠的精度。接著在等高線圖上，利用等步距搜索，搜索臨近高程點。

目前，在礦山道路選線設計中，可利用的地理信息系統軟件類型較多，以Arcgis為主，其憑借自身較強的地理信息處理分析能力，被廣泛的應用。在實際應用中，結合運用CAD軟件，能夠實現礦山道路選線設計。利用Arcgis10.0軟件的數字高程模型構建功能，能夠生成礦山數字模型。不過其二維制圖能力不足，因此需要結合運用CAD軟件，生成路線平面圖。實現思路如下：使用Arcgis10.0軟件，建立礦區地形DEM，生成等高線圖，生成極限為柵格大小。接著，使用CAD軟件的自主匯編語言VBA，進行程序編寫，設計一個交互式窗體設計界面。當明確公路路線設計起點、中間控制點以及終點后，向計算機系統，輸入設計縱向坡度，獲得縱坡條件下的礦山道路選線設計方案[2]。

為了選到能夠達到坡度要求的控制點，建議采取反復作圓的方式。選定礦山道路路線的起終點、中間控制點以及縱向坡度后，基于使用Arcgis10.0軟件建立的DEM模型提取的等高線圖，在CAD軟件制圖環境中，以起點作為第一個圓的圓心，依據經過單位高差換算出的平面投影長度為半徑，制作第一個圓。接著，從起點到終點的方向，綜合考慮每條等高線，以前一個圓以及與其相應的等高線的交點為圓心，以單位平面投影長度為半徑，制作其他的圓，反復進行上述畫圓操作，直至線路終點。上述操作完成后，將所記錄的所有交點作為控制點。將起終點和上述控制點逐一相連，即形成了初選的道路中心線。在作圓時，可能有多個交點，對于交點的選擇，按照兩點之間直線最短的理論。先連接公路起點和終點，在縱坡條件滿足要求的前提下，上述起點和終點之間的連線即可作為選定的道路中心線。如果縱坡條件不滿足要求，則按照就近原則，選擇靠近起終點的連線的交點作圓。在選擇時，以夾角大小為指標，夾角越小，則證明越靠近道路起終點連線，道路工程量越小。

3 礦山道路選線設計實例分析

以A礦山公路建設項目為例，道路等級為三級，長度為8840m。基于可行性研究報告以及地質實際情況等資料，確定道路參數如下：①道路路面寬是25m；②路基寬是30m；③最大縱坡是7%；④最小轉彎半徑是45m；⑤挖方邊坡為1:0.5；⑥填方邊坡為1:1.5。在道路選線設計中，使用Arcgis10.0軟件，構建出礦區DEM模型。基于生成的等高線圖，將山頂設為起點，以山下公路入口為終點，使用CAD編制的程序，利用計算機快速制作在縱坡要求下的礦山道路路線方案。利用計算機，能夠自動繪制出道路路線，顯示為綠線和紅線。1號線是10%縱坡條件下的礦山道路路線；2號線是9%縱坡條件下的礦山道路路線。從應用效果來說，利用地理信息系統，包括Arcgis10.0軟件和CAD軟件等，進行礦山道路選線設計，能夠實現在設定道路縱坡條件下自動繪制道路路線。

圖1 基于地理信息系統進行道路選線初步效果圖

4 結語

綜上所述，依托地理信息系統構建礦區DEM模型，基于DEM模型進行礦山道路選線設計，能夠在缺少詳細地形地質資料的情況下大大提高設計效率，確保路線選擇的經濟性、科學合理性。

[1]張俊,羅瑩琳.GIS在公路路線設計中的應用[J].交通世界,2016(32):6-7.

[2]黃其沖,胡俊,肖飛.地理信息系統在礦山公路選線設計中的應用[J].采礦技術,2014(3).