基于地理信息系統的礦山地形圖測繪模式分析

王子赫，屈怡宏

（1.蘭州石化職業技術大學，甘肅 蘭州 730207；2.西北師范大學知行學院，甘肅 蘭州 730070）

現代科技日新月異，地理信息系統是現代科技發展的產物，其出現推進了地質學的發展，也對礦山地形圖測繪模式的改變產生不可替代的作用。近年來，相關行業對地理信息系統愈加重視，且相關技術也得以普及，在計算機設備強大的儲存、編組、分析功能的前提下，地理信息系統占據強大優勢，改變了傳統地理學的研究模式。

1 地理信息系統應用原理與優勢

地理信息系統使用過程中，除了具備儲存地理數據的功能外，還實現了準確分析和處理已有數據的功能，數據得以更加直觀的顯現，相比于傳統模式可視化效果更好。借助地理信息系統能夠快速找到礦物地理位置，不同時間段里，地理事物信息在地理信息系統中呈現空間分布的狀態，將該系統結合互聯網技術應用，使得空間數據更具說服力。與此同時，地理信息系統能夠借助軟件調整地圖比例，便于人們放大或縮小地圖，得以準確計算或分析物體間的距離，也是數值統計、疊加分析、緩沖分析工作的重要方式，讓工作人員明確認識到地理空間的重要性。通過地理信息系統對地理屬性、地理信息進行查詢的同時，還能夠對重要地理信息進行標注，可見系統繪圖能力的強大，更顯現了系統的共享性與多維化優勢。在地理信息系統中，礦山的地理事物與礦物屬性及發展都清晰可見，礦山事物發展的客觀規律與過程得以直觀顯示，便于后續挖掘作業，礦產資源在板塊運動與海陸變遷下形成，加之生物的進化等，到地理信息系統都可以快捷的被掌握，給地形圖測繪者帶來了便利條件。

2 基于地理信息系統的礦山地形圖測繪現狀

2.1 礦山地形圖測繪中地理信息系統的應用處理適應階段

我國經濟、科技高速發展，礦產領域的礦山地形圖測繪技術也得到發展，在這樣的情況下，地理信息系統在礦山地形圖測繪工作中的正確應用尤為重要。相對于發達國家而言，我國在地理信息系統方面仍有諸多欠缺之處，技術也不夠先進，基于此，國外一些先進技術涌入國內，但是技術引進不是一朝一夕能夠完成的，需要長期磨合，在實踐中對技術進行改進，只有這樣才能增加礦山地形圖測繪精準度，同時地理信息系統管理難度也大大增加。

2.2 礦山地形圖測繪精準度的發展

礦山地形圖測繪相比于平原測繪難度更大，并且測繪內容復雜，一般情況下，礦產單位加工礦山地形圖測繪中高低不平的地理位置設為重點測繪對象，測繪期間難免出現一些障礙物，可能對測繪圖的繪制造成一定影響，因為地勢凹凸不平，導致地理信息系統的信號接收能力差，在測繪礦山地形圖過程中，可以利用地理信息系統功能提高測繪水平與精準度，使測繪信息更加準確。工作期間設置好障礙區域以外的圖根點，在地形草圖上標注好測繪坐標，聯系測繪地點，將補測區域地形圖在觀測地圖上打印出來，最終完成草圖，之后整理所有測繪文件與地理信息，經過校對、修改、編輯后繪制完整、準確度高的礦山地形圖[1]。

3 地理信息系統在礦山地形圖繪制中的具體應用

3.1 礦山地形圖地理信息數據采集與編輯

在全數字攝影測量工作站內，地理信息采集工作完成后，采用空三自動回復技術針對模型進行立體測繪，最大化降低誤差值，這樣使立體測繪的準確性得以提高。同時也要注意對地形地貌高程精度及地物的錯漏進行嚴格把控，聯系礦區各要素之間相互關系的綜合分析。開展采集工作前需檢查空三精度，確保精度后再進行作業。采集時對外業施測的檢查點進行檢查，誤差超限點經外業核實、解決。部分外業檢查點用于圖面高程注記點，高程注記點一般選在明顯地物點或地形點上，等高線注記合理，其密度滿足技術要求。所有礦井要實調名稱，區分豎井、斜井、平峒、進風礦井、排風礦井，礦區內各要素間的相互關系合理[2]。

3.2 地測數字化地形圖繪制

地理信息系統測繪后，能夠得到許多樣板文件，因為工程圖、地圖的公制與英制單位不同，進而需要進行分類管理與設置，大多數情況下，樣板文件能夠為建筑圖與機械圖件的形成提供參考依據。礦山地形圖測繪過程中，地理信息系統的應用能夠提供導向信息，設置單位為公制，這時軟件繪圖面積為無限大，相比于無限大，傳統礦井開拓面積不值一提，所以這樣得以滿足全井田地形圖的繪制。

礦山地形多種多樣，通常礦山采掘工程平面圖能夠為地形圖的繪制提供一些信息，如使用圖層可以結合圖中地理元素，將地理信息關聯到一起，這樣不僅便于圖形操作，還能夠達到一圖多用的圖形使用目的。主要的圖形包括損失量計算圖、采掘工程平面圖、水文地質圖、煤層底板等高線圖等，在部分內容上看，它們之間有很多相似或相同之處，繪制出一個圖件后，利用圖層進行科學組合則能夠得到其他圖件，大幅度提高了圖形繪制效率。圖層劃分期間要注意圖層的使用要適量，確保鋪層要層次分明，便于操作，還要按照類型專業等進行圖素劃分，層次組合過程中得到多種圖種，但嚴禁圖種混淆。

3.3 礦山地形圖數字化輸入

地理信息系統的應用能夠實現礦山地形圖測繪數字化輸入，在這個過程中，應用坐標，在精準定位的位置上進行數字化輸入，比如能夠監測到的地質內容，地理屬性等。也有一些不能精準定位的地理位置。針對這些位置可以采取數字化的輸入方式進行跟蹤輸入，典型數字化輸入例子包括分叉合并線等。礦山地形圖測繪工作在交互方式下進行，繪圖第一步是打開圖形文件，根據單位要求或相關標準要求，在礦山地理信息系統中建設對話框，有針對性選擇選項設計工作精度與單位等。

3.4 地測地理信息系統快速靜態定位應用

GIS靜止的進行監測，在監測的同時，還必要接受來自衛星基準站同步的檢測數據，實現對用戶站的三維坐標和整周末數進行解算，直到觀測解算的數據達到既定的要求為止。對具體的儀器設備進行跟蹤檢查，通過礦井地測空間信息系統，再利用新引進的設備，為了保證對其的使用性能進行及時的跟蹤和維護，那么就可以通過GIS管理系統對其進行定位跟蹤，通過在電子錄像的地圖上觀察，從而確保其正常工作[3]。預先在GIS管理系統中設定設備的安全運行范圍值，當其運行過程中超出該范圍值時，就會在地圖上出現警報處理的聲音和圖表顯示，那么監督人員就會根據聽到的聲音和顏色圖標準確確定是哪里的設備出現故障，以便及時進行有效防治，并進行安全性檢查，降低了設備故障的發生率。將點位精度比較高的地方作為控制基點，主要通過對衛星進行實時的觀測，在這個控制點上觀測幾分鐘，之后等到所有的儀器設備完成了初始化工作之后，流動站就利用間隔的方式按照既定的采樣過程進行自動觀測，實現實時動態地確定采樣點的空間位置，進而實現和基點數據的同步，從而有效提高定位系統的準確度，同時節省了大量的人力和時間的投入，提高了工作效率。通過地測地理信息系統在GIS管理系統中地圖導出各個時間段的信息來進行分類檢查管理，從而減少了人力記錄的麻煩和提高了精確度，節省了大量人力、物力和財力的投入[4]。

3.5 圖像管理與圖片輸出

當礦業是大型企業時，那么就需要對設備管理進行不同類型設備圖像進行分層次管理，這樣員工在操作過程中，就能夠及時對要查看的對象進行選擇，不需要逐個搜索，提高了工作效率。當企業需要對設備運行過程中，某個階段的設備運行情況進行查看時，就可以通過GIS機電設備精細化管理系統，及時準確地對地圖上的圖片進行完整輸出，方便及時查看[5]。

4 發展趨勢

4.1 地理信息系統測繪技術應用愈加廣泛

地測地理信息系統作為儲存和分析空間資料的強有力的工具，在全世界范圍內已經得到了相當廣泛的利用。根據相關研究機構統計顯示，地測地理信息系統的使用人數近年來正以每年百分之二十至百分之三十的速度增加。地質學研究者發現地理信息系統的優勢后，積極推廣該系統與相關技術，地理信息系統對數據信息的處理快捷且精密。地質學的研究包括地質運動，地質變遷版塊移動等，如果采用傳統的地理學方法，冗雜的地理數據大量的圖紙筆錄，如果不能全身心投入很有可能會導致一系列的問題，數據的安全性和準確性得不到保障，且傳統意義的圖紙不易保存，并且地理信息并不是一成不變的。我們不能直觀地從一張地圖上看到五百年前大地的樣子，能夠合理應用地測地理信息系統，就可以方便地看到地質的運動情況，看到運動前和運動后地質的異同，并且，地測地理信息系統保存信息數據安全完整，程序運作快，數據操作方便，無疑會提高地質研究是效率和質量，節省了大量的人力物力[6]。

在礦業生產中，所有地質測量工作的成果最終都表現在礦井地測圖上，可以說礦井地測圖是礦井地測工作資料的匯總，是礦井設計、施工及生產中必不可少的技術資料，再者礦圖種類較多，內容豐富，所用的符號和注記很多，所用的比例尺一般為大比例尺，隨著我礦采掘工作的進展，礦圖在不斷變化，為了及時在圖上反應出變化情況，礦圖常常需要不斷地填圖、修改。礦圖是一種隨礦井的開拓而不斷變化的動態管理資料，利用計算機管理礦圖更有現實意義。

4.2 地理信息系統與無人機結合下的礦山地形圖測繪技術

近年來，無人機航測技術成為新興地理信息測量工具，無人機屬于可移動式設備，加上裝置的其他動感輔助儀器，使得測繪工作更為便捷，維度性與成本性得以兼顧。除此之外，依托無人機航測技術，通過遠程操控手段，對具有復雜屬性的地質環境進行立體化監測，以高分辨率的形式，對地質信息進行模型化描述。此外，無人機搭載的航空攝影技術可進一步為數字化、遙感化的工作機制提供技術載體，以適用更多的測量領域。從航測技術特性來看，優勢有三點。其一，我國國土遼闊，地形環境復雜，受大氣層環境的影響，使用衛星技術測量時，無法對數據信息進行針對性采集，進而造成數據信息獲取不完整。采用無人機測量可有效解決大范圍測量數據缺失的問題，通過低距離、高精度的成像設定，可最大限度排除干擾因素，提高成像質量。其二，傳統衛星測量工作在數據信息傳輸方面存在一定的時效性問題，即數據存檔與接收終端方面呈現出傳輸時差問題。通過無人機航測技術搭載的傳感裝置，可最大限度保證數據信息的實時傳輸，保證各項數據測繪工作開展的時效性。其三，無人機航測工作主要是對區域內的地質信息進行采集，通過獲取空間位置信息，為后續地質工程工作提供數據支持。無人機在飛行過程中，可通過程序指令的設定進行自動化飛行，且整個工作時限較短。在執行飛行指令的過程中，只需備好往返所需的電力能源便可替代人們進行智能化監測[7]。

在數字礦山建設中。對礦區范圍內的地形圖、數字正射影像、數字高程模型和三維可視化需求與日俱增。如何快速獲取這些數據，并以更高的顯示性更新原有數據。無人機低空數字攝影測量系統提供了可靠的技術解決方案。筆者針對這一測繪新技術.將其與有人機航空攝影測量手段進行了優越性對比.進而設計了礦山區域無人機數字測圖的完整技術方案，對推廣無人機低空數字攝影測量技術在礦山基礎地理信息數據獲取中的應用具有一定的現實意義。

4.3 地理信息系統下地形圖的精度控制

平面精度檢查可采用GPS—RTK或全站儀測量進行，利用基礎控制測量階段布設的控制點。在測區內抽查部分地形點和地物點，地物點一般選擇在道路交叉點、拐點、建筑物角點，而地形點則選在地形特征點上，如山頂點、鞍部點等，將實地測量點位的平面位置和高程值與所測制地形圖上相應要素的點位成果進行比較，計算其中誤差。進行航空攝影測量及地面控制測量的各種儀器設備均應按要求進行測前鑒定和檢驗，檢驗資料要求齊全、完整，隨成果提交，并且各項性能指標滿足規范要求。成果、成圖的檢查實行兩級檢查、一級驗收制。兩級檢查主要對中間過程成果進行檢查，一級驗收是對最終成果、成圖進行驗收。作業人員首先自查、互查后，由作業單位進行檢查，檢查通過后交付質檢部門根據圖式、規范進行地形圖、DOM和DEM的檢查[8]。

4.4 GNSS定位技術在礦山地形圖測繪中廣泛應用

地理信息系統和定位技術有著密不可分的聯系，近年來，礦山地形圖測繪工作中，GNSS定位技術得以廣泛應用，且受到諸多業內人士的青睞。GNSS定位技術隨著現代通信技術的發展而發展，技術應用愈加成熟，該項技術在礦山地形圖測繪中也得到應用。GNSS定位技術所得到數據的真實、可靠性較高，對礦山地形圖測繪精度的提高有著重要意義，同時GNSS定位技術還具有功能全、效率高、應用廣泛、操作便捷等優勢，在礦山地形圖測繪領域應用前，已經在陸地海洋等大領域地形測繪中順利實踐。相比于傳統技術，GNSS定位技術具有顯著的現代地理信息系統優勢，幾乎不受季節、特殊地形特殊氣候的影響，相對于無人機技術而言，GNSS定位技術受氣候環境影響較小。更重要的是，GNSS定位技術測繪模式豐富，能夠滿足不同條件下礦山地形圖測繪需求。但是在作業過程中，工作人員必須熟練掌握設備使用規律與性能，以免出現人為操作誤差，進而導致地形圖測繪精度受到影響，此外雖然GNSS定位技術受自然環境影響相對較小，但也要注意規避不利的自然條件影響。

5 結語

綜上所述，礦產事業關系到自然能源的使用，礦物是人類生存與發展的根本條件之一。礦山開采挖掘的過程中，必然要提前熟悉礦山地形，進行地形圖測繪，只有這樣才能夠提高開采挖掘的效率，以確保安全。但是由于礦山地形復雜，所以地形圖測繪的難度大大增加，地理信息系統的出現與應用，為礦山地形圖測繪提供了有利的工具，本文我們對地理信息系統應用原理、礦山地形圖測繪現狀、相關領域發展等進行了具體分析，希望地理信息系統能夠在該領域起到更好的作用，提高礦山地形圖測繪精度。