露天矿山测绘地理信息系统的建立研究与实践

罗发明，高中文，陶歆贵

（1.上海元测工程技术有限公司，上海 浦东 200120；2.北京三友宇天测绘有限公司，北京 石景山区 100043；3.广东锐建勘测设计有限公司，广东 中山 528400）

1 引言

矿山测量是在新中国成立以后逐步发展起来的，经过六十多年的发展，它已在矿山与地质、采矿、矿建、安全环保等学科中呈现出既相互独立又彼此渗透、交融的态势。近年来由于有光电技术、计算机技术、卫星空间定位技术（GPS）、地理信息技术（GIS）、遥感技术（RS）等一系列的新学科、新技术的支撑,当今的矿山测量工作已经从原来单纯利用测量、计算和绘图来确定空间三维坐标的学科,逐步发展成为与空间三维坐标有关的一切几何、地理、自然资源以及物理属性等方面的测绘地理信息科学［1］。

几年来，作为江铜集团的骨干矿山——德兴铜矿经过全矿测量工作者的共同努力，逐步建立健全了矿区基础地理信息系统、地质测量集成平台的开发与应用、采区边坡监测数据分析系统、矿山管线信息系统及现状总图派生出来的矿山环保设施布置图、安全危险源分布图、土地征地界线与复垦专题现状图，从而基本建立了大型露天矿山地理信息系统，并正在为矿山安全高效地组织生产而提供矿山地理信息服务！

2 矿区基础地理信息系统的建立［2］

德兴铜矿采矿、选矿、尾矿及辅助设施等工业场地分布在南北13.5km，东西13公km，即：东至铁罗山、南至富家坞、西至张家畈、北至乐安江的范围内，总面积约83km2，共有1∶1000地形蓝图381幅。系统的建立首先是对这381幅地形蓝图，逐一进行300dpi分辨率，黑白两值扫描，形成bmp图片文件；再由清华三维公司开发的EPSCAN 2000扫描矢量化平台上数字化［3］，生成dwg文件后，按图幅编号进库，再在CAD绘制总平面示意分幅图上，利用CAD自带的插入菜单下的超链接工具，完成所有图幅的GIS数据库的链接，形成矿区基础地理信息［3］系统，上传矿山内部网服务器，授权给有权用户，有权用户可根据用户名及密码调用，现已广泛服务矿山生产建设的各个领域。

3 矿山地理信息采集口——地质测量集成平台的开发与应用［4］

矿区基础地理信息系统形成后，矿山生产建设过程中，采区、排土场、尾矿库等作业区域不断发生变化，为确保矿区地理信息的现势性、实用性，必须对矿区基础地理信息进行及时更新，这就给矿山测量工作者提出了矿山地理信息采集口——地质测量集成平台开发的新课题。为此，矿山组织测绘及计算机技术骨干，研发出了拥有自主知识产权的德兴铜矿地质测量集成平台。平台系统以AutoCAD2000为基本应用环境，以全新的ObjectARX2000作为开发工具,利用Microsoft Visal C++6.0、PowerBuilder8.0(DiCe.exe)为基础面向对象的开发环境及应用程序接口，后台数据库管理系统采用最新版的SQL Server2000，Microsoft面向分布式客户机/服务器计算的关系型数据库管理系统（RDBMS），是一种跨平台的交互式语言。软件的操作系统为WindowsXP。使平台实现如下功能：（1）实现观测方法的设置、控制点的管理、后方交会观测数据和碎部点数据的输入、后方交会的数据计算，能实现支点极坐标的计算，形成统一标准的数据库；（2）能快捷调用测量碎部点数据作出月末验收线并保存，依据月末验收线及底板高程数据，计算采矿量、存矿量、出矿量，可编辑绘制出月末采区、排土场、尾矿库现状图；可及时更新矿山地理信息数据库，确保矿区地理信息的现势性、实用性，满足矿山生产设计的需要。

4 采区边坡监测数据分析系统的应用［5］

露天采区边坡的稳定是采矿安全高效生产的前提，采区边坡监测是测量工作者对矿山安全工作的重要贡献之一，边坡监测不论采用全站仪常规测量还是采用GPS的无人值守观测，采集的坐标数据均可生成不同时段的Excel数据，边坡监测数据分析系统就是基于Excel数据完成测点垂直沉降、水平位移等变形过程、变形速度及报警的窗口形象显示系统。目前已在该矿露天采区边坡变形监测工作中广泛应用，极大地提高了矿山边坡监测后期数据处理与稳定性分析的工作效率。

5 矿山管线信息系统的建立与应用［6］

矿山采矿、选矿、尾矿输送、生产、生活水的供给与排放等各种工业管线、地下隐蔽工程均为矿山生产建设过程中不可或缺的工业血脉信息，建立管线信息系统，为矿山生产建设有序管理与日后维修创造条件。矿山管线包括架空管线与地下管线。

架空管线地理信息的采集：野外进行实地调查时，将调查的各种管线参数及网络关系标绘在1∶1000地形工作图上；RTK GPS实测管线特征点的三维坐标；最后将结果输入计算机系统，并标注相应的参数。

地下管线地理信息的采集：用SUBSITE 65和RD 400 PXL专业管线探测仪，运用电磁法探测上水管、下水管（沟）、动力电缆、热力管、酸性水输送管、尾矿输送管、精矿输送管等金属管线；非金属管线（沟）采用探测与调查相结合的方法标测。地下管线特征点的三维坐标RTK GPS按要求实测。探测结果通过不同的颜色标记在CAD图上，汇审管线有无遗漏、网络关系是否正确等；最后以武勘院开发的《青山智能测绘与管理系统》（简称“青山智绘SMS”）为平台，结合矿山实际，以ODBC为数据接口，能与CAD的标准交换文件（dxf）、地理信息系统软件Mapinfo的交换文件（mif）直接转入和转出，提供多种绘图、编辑工具，方便快捷地对系统数据、图形进行增加、删除、修改、替换、标注，实现管线几何、空间、属性数据查询；能进行管线碰撞分析，可统计出缓冲区内的建构筑物的数量、面积等；可根据分层情况，生成各种地下管线专题图、专业图，也可选取多图层叠加生成综合图；并成功应用于矿山建设工程中。

6 总图信息动态管理系统及其派生的专题现状图

基于矿区基础地理信息系统，对矿区总图分层、分块，根据矿山地质测量集成平台生成的现势数据，及时更新，按照矿山生产建设目的的不同，通过改变地理信息数据的特性，按照专题属性不同分层、分块，删层、删块，编制出诸如：矿山环保设施布置图、安全危险源分布图、土地征地界线与复垦专题现状图，采区及排土场现状图，尾矿库现状图等用途不一的专题图件及数据库，极大地满足矿山生产发展的需要。

7 新技术在矿山测量的应用方向

综上所述，在科技大发展的今天，矿山露天矿山地理信息系统在广大矿山测量工作者的不懈努力下初具规模。但我们也应清醒看到，当今矿山测量技术的进步在发展层面上已充分应用了光电技术与计算机技术，然而在无人机数字航空摄影测量技术［7］、雷达边坡变形监测技术［8］等一系列的新学科、新技术应用层面上做的还不够。为此，我们还需努力的方向是：

（1）近年来，我国在无人机航空摄影测量系统方面也蓬勃发展。现在的无人机航测系统具有影像分辨率高、升空准备时间短、操作控制容易、起降场地要求低、作业效率高的特点，很好地解决了传统地形图测绘面临的困难，航测也成为地形图测绘的新趋势。为此，应积极推广应用先进的无人机数字航空摄影测量技术，进行矿区现状图测绘、矿山作业量测量验收，矿山资源开发、排土场、尾矿库等地质监测方面，铁运、220kV高压线路的巡视等，大大提高了矿山发展对地理信息数据更新的要求，在矿山地理信息更新工作中作出新贡献，从而更好地服务矿山生产。

（2）推广雷达技术在露天边坡变形监测中的应用

目前边坡变形监测雷达技术已经在全世界范围内获得广泛的应用，这项新的技术与传统边坡变形监测方法相比，使用雷达进行边坡稳定性监测有以下优点：

①监测精度高，雷达能以毫米以下级精度获取边坡变形数据；

②测量可覆盖整个边坡；

③系统可自动获得或读取已有的DTM（数字地形图）数据，兼容多种GIS数据，在三维环境下显示监测结果；

④空间分辨率高，能监测到被测区域表面很小的区域变形，采样间隔短，方便确定目标监测区内最大位移发生的位置，便于风险管理，可避免常规监测中常发生的采样周期间隔较长和数据不连续或丢失等问题；

⑤监测位置选择灵活，能够在较远的距离对存在隐患的边坡进行监测；

⑥无需在被测边坡上布设固定监测设备，即使发生边坡失稳事故，也不会造成监测设备的损失；

⑦可以对边坡事故进行全过程的连续监测，并能在后期对事故区域继续监测、评估。

总之，在科技创新促进矿山可持续发展与全面对标实现矿山提质增效的洪流中，矿山测量工作者要不断自我加压，不断努力，建立健全现势性强、功能强大、方便快捷的露天矿山地理信息系统，为矿山安全高效地组织矿山生产，为加快建设智能矿山贡献我们测量人的聪明才智！