矿山道路选线设计中地理信息系统的应用研究

龚选林

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

矿山道路的建设，是为了满足矿山生产生活的需求，具体包括生产干线、生产支线、联络线和辅助线。目前，我国矿山建设增速，由于大多矿区都位于还未开发的大山之中，山高林密、地形复杂，在矿山建设前期业主一般不会投入大量资金对区域地质及地形地貌进行详细勘察，只会在技术经济分析结果出来并确认经济效益较好的前提下才会做具体的工作。而矿山道路是联系矿区各个工业场地的，其线路选择是否经济合理关乎着整个项目是否能够实施的基础条件之一。绿水青山就是金山银山，矿山道路路线选择是否合理，不但关系着矿山能否顺利建设，还对矿区的生态环境有着重要影响。基于此，本文提出应用地理信息系统，辅助开展矿山道路选线设计，保证设计的科学性和合理性。

1 矿山道路选线设计要点分析

以露天矿山道路设计为例，露天矿山道路是整个矿区范围内，用于行驶矿用自卸汽车，或者联系矿区内各工业场地、各车间、厂房的道路。按照性质指标划分，矿山道路分为生产干线、生产支线、联络线和辅助线。露天矿山道路的设计要满足相应的技术指标。表1为矿山道路建设主要技术指标。

表1 露天矿山道路技术指标（部分数据）

2 地理信息系统在道路选线中的具体应用

2.1 GIS概述

GIS作为新型技术，被广泛的应用于道路选线工作中，尤其是，数字城市以及虚拟社区等的发展，带动着GIS技术的应用和发展。目前，GIS技术的应用，涉及到以下领域：测绘以及地图制图；资源管理；灾害监测以及环境保护等。在道路选线中，GIS的具体应用为辅助决策系统，具有空间可视化功能，能够实现数据源以及空间分析模型的构建，包括空间定性功能和定量功能等，功能较强。地理信息系统的应用，能够为设计人员，提供可视化的选线环境、空间数据结构，比如栅格和矢量，以及空间数据，包括地形信息和地貌数据等。基于GIS的公路选线设计，因为模型不同，方法多样。现结合数字高程建模法，进行如下分析。

2.2 数字高程建模法的应用

（1）建模。在矿山道路选线设计中，应用地理信息系统，使用数字高程模型，对矿区地面原始地形进行描述，能够提高设计的效率，保证数据的准确性。在进行DEM构建时，因为只有有限个离散点的实际测量高程数据，其余空白区域需要依靠空间插值运算，进而获得近似值。矿区地表地形作为矿山公路选线设计的主要依据，其直接影响着公路设计。基于此，依托地理信息系统，先要构建矿区地表地形模型。模型的构建，基础资料为矿区地质勘察资料。现阶段，地质勘查单位多使用地质资料管理系统，比如MapGIS，能够自动生成数字地质地形图，为矿区地表地形模型的构建，提供了有力的条件[1]。

（2）实现方式。依据矿山道路选线设计基本原理以及方法，采用矿区DEM进行定线，其本质上是依据地形坡度和坡向等，明确矿山道路的具体走向。结合工程设计实际需求，可采取以下实现方式：先按照一定高差，利用矿区DEM，制作等高线图，需要保证足够的精度。接着在等高线图上，利用等步距搜索，搜索临近高程点。

目前，在矿山道路选线设计中，可利用的地理信息系统软件类型较多，以Arcgis为主，其凭借自身较强的地理信息处理分析能力，被广泛的应用。在实际应用中，结合运用CAD软件，能够实现矿山道路选线设计。利用Arcgis10.0软件的数字高程模型构建功能，能够生成矿山数字模型。不过其二维制图能力不足，因此需要结合运用CAD软件，生成路线平面图。实现思路如下：使用Arcgis10.0软件，建立矿区地形DEM，生成等高线图，生成极限为栅格大小。接着，使用CAD软件的自主汇编语言VBA，进行程序编写，设计一个交互式窗体设计界面。当明确公路路线设计起点、中间控制点以及终点后，向计算机系统，输入设计纵向坡度，获得纵坡条件下的矿山道路选线设计方案[2]。

为了选到能够达到坡度要求的控制点，建议采取反复作圆的方式。选定矿山道路路线的起终点、中间控制点以及纵向坡度后，基于使用Arcgis10.0软件建立的DEM模型提取的等高线图，在CAD软件制图环境中，以起点作为第一个圆的圆心，依据经过单位高差换算出的平面投影长度为半径，制作第一个圆。接着，从起点到终点的方向，综合考虑每条等高线，以前一个圆以及与其相应的等高线的交点为圆心，以单位平面投影长度为半径，制作其他的圆，反复进行上述画圆操作，直至线路终点。上述操作完成后，将所记录的所有交点作为控制点。将起终点和上述控制点逐一相连，即形成了初选的道路中心线。在作圆时，可能有多个交点，对于交点的选择，按照两点之间直线最短的理论。先连接公路起点和终点，在纵坡条件满足要求的前提下，上述起点和终点之间的连线即可作为选定的道路中心线。如果纵坡条件不满足要求，则按照就近原则，选择靠近起终点的连线的交点作圆。在选择时，以夹角大小为指标，夹角越小，则证明越靠近道路起终点连线，道路工程量越小。

3 矿山道路选线设计实例分析

以A矿山公路建设项目为例，道路等级为三级，长度为8840m。基于可行性研究报告以及地质实际情况等资料，确定道路参数如下：①道路路面宽是25m；②路基宽是30m；③最大纵坡是7%；④最小转弯半径是45m；⑤挖方边坡为1:0.5；⑥填方边坡为1:1.5。在道路选线设计中，使用Arcgis10.0软件，构建出矿区DEM模型。基于生成的等高线图，将山顶设为起点，以山下公路入口为终点，使用CAD编制的程序，利用计算机快速制作在纵坡要求下的矿山道路路线方案。利用计算机，能够自动绘制出道路路线，显示为绿线和红线。1号线是10%纵坡条件下的矿山道路路线；2号线是9%纵坡条件下的矿山道路路线。从应用效果来说，利用地理信息系统，包括Arcgis10.0软件和CAD软件等，进行矿山道路选线设计，能够实现在设定道路纵坡条件下自动绘制道路路线。

图1 基于地理信息系统进行道路选线初步效果图

4 结语

综上所述，依托地理信息系统构建矿区DEM模型，基于DEM模型进行矿山道路选线设计，能够在缺少详细地形地质资料的情况下大大提高设计效率，确保路线选择的经济性、科学合理性。

[1]张俊,罗莹琳.GIS在公路路线设计中的应用[J].交通世界,2016(32):6-7.

[2]黄其冲,胡俊,肖飞.地理信息系统在矿山公路选线设计中的应用[J].采矿技术,2014(3).