基于文件的矿图要素分类与分层研究

吴庆忠,李 博,史经华

(徐州师范大学测绘学院，江苏 徐州 221116)

矿图由图例符号表示的矿图要素及其空间定位，按一定的比例绘制而成，是矿山企业重要的基础性技术资料，对矿山企业的开采设计与安全生产具有十分重要的作用。矿图种类繁多，一般分为矿井测量图、矿井地质图和专题矿图三大类20余种图纸。这些种类繁多的矿图相互关联，所包含的元素相互交叉。目前，我国各矿山企业已基本普及计算机绘图技术，绘图软件也有多种。由于AutoCAD系列版本的绘图软件具有易学、易用且功能强大等特点，已广泛应用于矿图绘制与开采设计领域。由于缺乏对矿图要素进行科学合理的分类与分层表示的研究，矿图绘制技术存在着数据冗余严重、要素表达不一致、绘制精度不一致、图形更新不同步、数据难以融入GIS等问题。因此，开展对矿图要素的系统分析与研究，进行科学分类、合理分层、优化组合，为基于文件的矿图绘制系统奠定理论基础，具有十分重要的意义。

1 矿图的特点

(1)矿图种类的多样性：矿图涉及地质、测量、采矿、通风、安全、机电运输等多个矿山专业技术，是反映矿井地质条件和采掘工程活动情况等各类图件的总称。矿图依据功用不同，被划分为如采掘工程平面图、井上下对照图、矿井地质图、煤层底板等高线图等20余种。其中，常用矿图有15种，主要矿图有8种。

(2)矿图绘制的延续性：在整个矿山的建设和生产期间，随着采矿工程的进展，矿图的内容也在不断地进行增加、修改和补充。因此，矿图绘制是一个经常性和长期性的工作。

(3)矿图的区域性：矿图是建立在大地坐标系统下的矿山地理空间信息载体。针对不同的矿山企业，井田范围有着严格的界限。因此，矿图具有明显的区域性。

(4)矿图的相关性：由于矿图涉及多个专业领域，且种类繁多，各矿图之间互为基础，内容相互交叉，绘制过程也是交替进行。因此，矿图具有很强的相关性。

2 当前矿图绘制技术存在的问题

经过多年的矿图数字化进程，计算机绘图系统已在矿山得到了广泛的应用，为矿山的开发与建设、矿山技术现代化等作出了巨大的贡献。目前，我国各矿山企业已基本普及计算机绘图，绘图软件也是多种多样，但是普遍存在以下问题：

(1)缺乏对矿图要素的系统分析与研究，对矿图要素的分类与分层表示不够科学合理，没有形成一个统一的行业标准，矿图制作与生成的自动化程度不高。

(2)在各类矿图的绘制方案上，没有充分考虑矿图之间的相关特性，每种矿图被作为一个独立的图形文件绘制、编辑和保存。因此，对于矿图之间的公共要素及各类相关要素，在不同矿图中将被重复多次绘制，导致不同矿图间相同要素表达的不一致、绘制精度的不一致和矿图更新的不同步，且整个矿图系统数据冗余严重，难以实现与GIS数据的融入。

3 基于文件的矿图系统简述

3.1 系统构建的基本思路

针对当前矿图绘制技术存在的问题和不足，本文在前期研究的基础上，提出“基于文件的矿图系统”。该系统对矿图所涉及的全部要素进行系统的分析与研究，在内容上打破单一图件的界限，以矿图要素为基础，进行必要地分解与合并，形成各类图件的基本单元，再经过科学的归类与分层，统一绘制在同一个总矿图上，形成一个“矿图文件”。以目前最为流行的Auto CAD系列绘图软件为开发平台，充分利用其先进的图层概念及其操控技术，以单一图件为目标，通过控制矿图文件的图层状态，打开与目标图件相关要素所在的图层，自动生成所需图件。从而实现矿图数据的冗余最小、要素表达一至、绘制精度一致和各类图件更新同步的目标，同时也解决了与GIS数据融入的问题。

基于文件的矿图系统，是一个以矿山企业为单位的专用服务局域网络(或工作站)系统。该系统以矿图文件为矿山地理空间信息基础数据库，并存储于系统服务器存储设备中，以若干专业技术应用(如地质、测量、采矿设计、通风安全、机电运输等)为终端，分别赋予不同的编辑修改及访问权限，共同构建和共享矿图文件，以满足矿山建设、生产与管理对矿图的需求。

3.2 矿图要素分类与分层的指导思想

根据基于文件的矿图系统的基本思路，首先应系统地整理出各类矿图的属性、特点及相互关系，其次将所有矿图元素按属性和空间位置进行分类并分层表示，形成以矿图文件为基础，图层管理元素、矿图管理图层的绘图机制，通过对图层进行有机组合与叠加，自动生成所需矿图。为了满足各类图件的专业性与规范性，在对矿图要素进行分类和分层表示时，应遵循以下原则：

(1)矿图要素分类应完整统一：即保证矿图要素分类不重、不漏，完整统一；

(2)矿图要素分类要细化：矿图要素的分类应尽量细化，有些大的要素可以再进一步分解，使之真正成为构成各类矿图的基本元素；

(3)图层设置与分类对应：为使不同图层所包含的元素不发生交叉或重叠，图层设置应与矿图要素一一对应，即一种要素对应一个图层。

根据矿图要素的空间定位特性，将整个矿山的所有矿图要素绘制到同一张“总矿图”上，形成一个矿图文件。随着矿山建设与生产的展开，只需在“总矿图”上进行补充绘制或修改相应矿图要素，就能实现各类矿图即时更新的要求。

4 矿图分类及相互关系分析

4.1 矿图分类

目前，煤矿生产所用的矿图种类，可按功用不同和空间位置进行分类。

4.1.1 按功用不同进行分类

一个生产矿井必须具备的图纸，一般分为三大类：一类是矿井测量图；第二类是矿井地质图；第三类是专题矿图。

矿井测量图是根据地面和井下实测资料绘制而成，主要反映井田范围内地面的地物、地貌情况，井下各种巷道和硐室的位置，矿床产状和各种地质构造，井下采掘情况及井上下相互位置的关系等情况。

矿井地质图，一般是在矿井测量图的基础上，运用生产过程中收集到的地质资料和原有的勘探资料，经过分析推断而成。矿井地质图主要反映全矿煤层的产状、地质构造、地形地质、水文地质、煤质空间分布等情况。

专题矿图是为了满足矿山安全生产和管理工作，根据矿井测量图和矿井地质图的相关要素绘制而成。如采掘设计图、保护煤柱图、通风系统图、避灾线路图、排水系统图等。

4.1.2 按空间位置进行分类

矿图所包含的要素不同，主要体现在属性不同和空间位置不同。其属性不同，决定了元素归属不同的图层，它直接决定着“总矿图”模板的质量，也就间接影响着矿图能否顺利地生成。而空间位置的不同，不但决定了元素归属不同的图层，对各类矿图之间的关系也有影响。矿图按空间位置可分为四类：

①地面部分：矿图只包含地面部分的要素；②井下部分：矿图只包含地下部分的要素；③综合部分：矿图同时包含地面和井下部分的要素；④不含空间信息的说明类矿图：矿图所包含的元素不含坐标位置数据。

4.2 矿图之间的相互关系

由于矿图要素在属性和空间位置上的相关性，各类矿图之间并不是相互独立的，而是存在着某种联系的。矿图间的主要关系有：

(1)综合关系：在不同比例尺矿图之间，存在着矿图要素的综合关系，即大比例尺矿图经过要素综合而生成小比例尺矿图。

(2)包含关系：在空间上和内容上，一种矿图包含另一种矿图。如：井田区域地形图与工业广场平面图，储量计算图与煤层底板等高线图等。

(3)合成关系：由两种及两种以上的矿图，经过叠加而成一种新的矿图。如井上下对照图，是由矿区地形图与采掘工程平面图合成而来。

(4)交叉关系：由两种或两种以上矿图中的相关要素，经过叠加绘制而成的矿图。如储量损失量计算图，是由采掘工程平面图与煤层底板等线图或地质构造图交叉而成。

(5)衍生关系：以一种或多种矿图为基础，为满足特殊需要而制作的专题矿图。如：各种采掘设计图、通风系统图、保护煤柱图、避灾线路图等。

5 矿图要素分类与分层表示成果综述

5.1 矿图要素的搜集与整理

作为基于文件的矿图系统的研究基础，获取矿图所包含的所有要素，进行科学的分类分层表示，建立“总矿图”模板，形成矿图文件，是能否正确、规范地自动生成各类矿图图件的关键所在。矿图中包含地面和井下两部分要素，其中地面部分的地物、地貌与常规地形图所包含的内容基本一致，只是更突出了矿山地物地位。关于矿山井下部分的矿图要素，则以《煤矿地质测量图例》为基础，来进行搜集整理。据整理结果显示，矿图要素共计有20大类，1121种，矿图文件(总矿图)涉及113个图层。

5.2 常用矿图包含要素及图层数列表见表1

表1 常用矿图包含要素及图层数列表

6 结束语

基于文件的矿图系统，是当前矿图绘制技术中的一次方案创新，它摒弃了过去一图一文件的成图方法，对矿图要素及图层的管理引入了数据库的机制，提出了包含全部矿图要素的“矿图文件”概念。该系统的研究与实现，主要包括两部分内容，其中第一部分内容就是本文主要讨论的矿图要素的分类、分层表示与优化组合；第二部分内容是以Auto CAD系列绘图软件为开发平台，利用VB、VC或VBA等开发工具，具体实现矿图符号库的建立、矿图文件的创建及其图层控制功能。矿图要素的分类与分层研究，是实现该系统重要的基础性工作，其目标是将矿图要素分解为组成各种矿图的基本单元，并进行分层表示。这一工作的科学性与合理性，直接关系到各种矿图自动生成的正确性、规范性和成图效率。

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