基于地理信息系统的矿山地形图测绘模式分析

王子赫，屈怡宏

（1.兰州石化职业技术大学，甘肃 兰州 730207；2.西北师范大学知行学院，甘肃 兰州 730070）

现代科技日新月异，地理信息系统是现代科技发展的产物，其出现推进了地质学的发展，也对矿山地形图测绘模式的改变产生不可替代的作用。近年来，相关行业对地理信息系统愈加重视，且相关技术也得以普及，在计算机设备强大的储存、编组、分析功能的前提下，地理信息系统占据强大优势，改变了传统地理学的研究模式。

1 地理信息系统应用原理与优势

地理信息系统使用过程中，除了具备储存地理数据的功能外，还实现了准确分析和处理已有数据的功能，数据得以更加直观的显现，相比于传统模式可视化效果更好。借助地理信息系统能够快速找到矿物地理位置，不同时间段里，地理事物信息在地理信息系统中呈现空间分布的状态，将该系统结合互联网技术应用，使得空间数据更具说服力。与此同时，地理信息系统能够借助软件调整地图比例，便于人们放大或缩小地图，得以准确计算或分析物体间的距离，也是数值统计、叠加分析、缓冲分析工作的重要方式，让工作人员明确认识到地理空间的重要性。通过地理信息系统对地理属性、地理信息进行查询的同时，还能够对重要地理信息进行标注，可见系统绘图能力的强大，更显现了系统的共享性与多维化优势。在地理信息系统中，矿山的地理事物与矿物属性及发展都清晰可见，矿山事物发展的客观规律与过程得以直观显示，便于后续挖掘作业，矿产资源在板块运动与海陆变迁下形成，加之生物的进化等，到地理信息系统都可以快捷的被掌握，给地形图测绘者带来了便利条件。

2 基于地理信息系统的矿山地形图测绘现状

2.1 矿山地形图测绘中地理信息系统的应用处理适应阶段

我国经济、科技高速发展，矿产领域的矿山地形图测绘技术也得到发展，在这样的情况下，地理信息系统在矿山地形图测绘工作中的正确应用尤为重要。相对于发达国家而言，我国在地理信息系统方面仍有诸多欠缺之处，技术也不够先进，基于此，国外一些先进技术涌入国内，但是技术引进不是一朝一夕能够完成的，需要长期磨合，在实践中对技术进行改进，只有这样才能增加矿山地形图测绘精准度，同时地理信息系统管理难度也大大增加。

2.2 矿山地形图测绘精准度的发展

矿山地形图测绘相比于平原测绘难度更大，并且测绘内容复杂，一般情况下，矿产单位加工矿山地形图测绘中高低不平的地理位置设为重点测绘对象，测绘期间难免出现一些障碍物，可能对测绘图的绘制造成一定影响，因为地势凹凸不平，导致地理信息系统的信号接收能力差，在测绘矿山地形图过程中，可以利用地理信息系统功能提高测绘水平与精准度，使测绘信息更加准确。工作期间设置好障碍区域以外的图根点，在地形草图上标注好测绘坐标，联系测绘地点，将补测区域地形图在观测地图上打印出来，最终完成草图，之后整理所有测绘文件与地理信息，经过校对、修改、编辑后绘制完整、准确度高的矿山地形图[1]。

3 地理信息系统在矿山地形图绘制中的具体应用

3.1 矿山地形图地理信息数据采集与编辑

在全数字摄影测量工作站内，地理信息采集工作完成后，采用空三自动回复技术针对模型进行立体测绘，最大化降低误差值，这样使立体测绘的准确性得以提高。同时也要注意对地形地貌高程精度及地物的错漏进行严格把控，联系矿区各要素之间相互关系的综合分析。开展采集工作前需检查空三精度，确保精度后再进行作业。采集时对外业施测的检查点进行检查，误差超限点经外业核实、解决。部分外业检查点用于图面高程注记点，高程注记点一般选在明显地物点或地形点上，等高线注记合理，其密度满足技术要求。所有矿井要实调名称，区分竖井、斜井、平峒、进风矿井、排风矿井，矿区内各要素间的相互关系合理[2]。

3.2 地测数字化地形图绘制

地理信息系统测绘后，能够得到许多样板文件，因为工程图、地图的公制与英制单位不同，进而需要进行分类管理与设置，大多数情况下，样板文件能够为建筑图与机械图件的形成提供参考依据。矿山地形图测绘过程中，地理信息系统的应用能够提供导向信息，设置单位为公制，这时软件绘图面积为无限大，相比于无限大，传统矿井开拓面积不值一提，所以这样得以满足全井田地形图的绘制。

矿山地形多种多样，通常矿山采掘工程平面图能够为地形图的绘制提供一些信息，如使用图层可以结合图中地理元素，将地理信息关联到一起，这样不仅便于图形操作，还能够达到一图多用的图形使用目的。主要的图形包括损失量计算图、采掘工程平面图、水文地质图、煤层底板等高线图等，在部分内容上看，它们之间有很多相似或相同之处，绘制出一个图件后，利用图层进行科学组合则能够得到其他图件，大幅度提高了图形绘制效率。图层划分期间要注意图层的使用要适量，确保铺层要层次分明，便于操作，还要按照类型专业等进行图素划分，层次组合过程中得到多种图种，但严禁图种混淆。

3.3 矿山地形图数字化输入

地理信息系统的应用能够实现矿山地形图测绘数字化输入，在这个过程中，应用坐标，在精准定位的位置上进行数字化输入，比如能够监测到的地质内容，地理属性等。也有一些不能精准定位的地理位置。针对这些位置可以采取数字化的输入方式进行跟踪输入，典型数字化输入例子包括分叉合并线等。矿山地形图测绘工作在交互方式下进行，绘图第一步是打开图形文件，根据单位要求或相关标准要求，在矿山地理信息系统中建设对话框，有针对性选择选项设计工作精度与单位等。

3.4 地测地理信息系统快速静态定位应用

GIS静止的进行监测，在监测的同时，还必要接受来自卫星基准站同步的检测数据，实现对用户站的三维坐标和整周末数进行解算，直到观测解算的数据达到既定的要求为止。对具体的仪器设备进行跟踪检查，通过矿井地测空间信息系统，再利用新引进的设备，为了保证对其的使用性能进行及时的跟踪和维护，那么就可以通过GIS管理系统对其进行定位跟踪，通过在电子录像的地图上观察，从而确保其正常工作[3]。预先在GIS管理系统中设定设备的安全运行范围值，当其运行过程中超出该范围值时，就会在地图上出现警报处理的声音和图表显示，那么监督人员就会根据听到的声音和颜色图标准确确定是哪里的设备出现故障，以便及时进行有效防治，并进行安全性检查，降低了设备故障的发生率。将点位精度比较高的地方作为控制基点，主要通过对卫星进行实时的观测，在这个控制点上观测几分钟，之后等到所有的仪器设备完成了初始化工作之后，流动站就利用间隔的方式按照既定的采样过程进行自动观测，实现实时动态地确定采样点的空间位置，进而实现和基点数据的同步，从而有效提高定位系统的准确度，同时节省了大量的人力和时间的投入，提高了工作效率。通过地测地理信息系统在GIS管理系统中地图导出各个时间段的信息来进行分类检查管理，从而减少了人力记录的麻烦和提高了精确度，节省了大量人力、物力和财力的投入[4]。

3.5 图像管理与图片输出

当矿业是大型企业时，那么就需要对设备管理进行不同类型设备图像进行分层次管理，这样员工在操作过程中，就能够及时对要查看的对象进行选择，不需要逐个搜索，提高了工作效率。当企业需要对设备运行过程中，某个阶段的设备运行情况进行查看时，就可以通过GIS机电设备精细化管理系统，及时准确地对地图上的图片进行完整输出，方便及时查看[5]。

4 发展趋势

4.1 地理信息系统测绘技术应用愈加广泛

地测地理信息系统作为储存和分析空间资料的强有力的工具，在全世界范围内已经得到了相当广泛的利用。根据相关研究机构统计显示，地测地理信息系统的使用人数近年来正以每年百分之二十至百分之三十的速度增加。地质学研究者发现地理信息系统的优势后，积极推广该系统与相关技术，地理信息系统对数据信息的处理快捷且精密。地质学的研究包括地质运动，地质变迁版块移动等，如果采用传统的地理学方法，冗杂的地理数据大量的图纸笔录，如果不能全身心投入很有可能会导致一系列的问题，数据的安全性和准确性得不到保障，且传统意义的图纸不易保存，并且地理信息并不是一成不变的。我们不能直观地从一张地图上看到五百年前大地的样子，能够合理应用地测地理信息系统，就可以方便地看到地质的运动情况，看到运动前和运动后地质的异同，并且，地测地理信息系统保存信息数据安全完整，程序运作快，数据操作方便，无疑会提高地质研究是效率和质量，节省了大量的人力物力[6]。

在矿业生产中，所有地质测量工作的成果最终都表现在矿井地测图上，可以说矿井地测图是矿井地测工作资料的汇总，是矿井设计、施工及生产中必不可少的技术资料，再者矿图种类较多，内容丰富，所用的符号和注记很多，所用的比例尺一般为大比例尺，随着我矿采掘工作的进展，矿图在不断变化，为了及时在图上反应出变化情况，矿图常常需要不断地填图、修改。矿图是一种随矿井的开拓而不断变化的动态管理资料，利用计算机管理矿图更有现实意义。

4.2 地理信息系统与无人机结合下的矿山地形图测绘技术

近年来，无人机航测技术成为新兴地理信息测量工具，无人机属于可移动式设备，加上装置的其他动感辅助仪器，使得测绘工作更为便捷，维度性与成本性得以兼顾。除此之外，依托无人机航测技术，通过远程操控手段，对具有复杂属性的地质环境进行立体化监测，以高分辨率的形式，对地质信息进行模型化描述。此外，无人机搭载的航空摄影技术可进一步为数字化、遥感化的工作机制提供技术载体，以适用更多的测量领域。从航测技术特性来看，优势有三点。其一，我国国土辽阔，地形环境复杂，受大气层环境的影响，使用卫星技术测量时，无法对数据信息进行针对性采集，进而造成数据信息获取不完整。采用无人机测量可有效解决大范围测量数据缺失的问题，通过低距离、高精度的成像设定，可最大限度排除干扰因素，提高成像质量。其二，传统卫星测量工作在数据信息传输方面存在一定的时效性问题，即数据存档与接收终端方面呈现出传输时差问题。通过无人机航测技术搭载的传感装置，可最大限度保证数据信息的实时传输，保证各项数据测绘工作开展的时效性。其三，无人机航测工作主要是对区域内的地质信息进行采集，通过获取空间位置信息，为后续地质工程工作提供数据支持。无人机在飞行过程中，可通过程序指令的设定进行自动化飞行，且整个工作时限较短。在执行飞行指令的过程中，只需备好往返所需的电力能源便可替代人们进行智能化监测[7]。

在数字矿山建设中。对矿区范围内的地形图、数字正射影像、数字高程模型和三维可视化需求与日俱增。如何快速获取这些数据，并以更高的显示性更新原有数据。无人机低空数字摄影测量系统提供了可靠的技术解决方案。笔者针对这一测绘新技术.将其与有人机航空摄影测量手段进行了优越性对比.进而设计了矿山区域无人机数字测图的完整技术方案，对推广无人机低空数字摄影测量技术在矿山基础地理信息数据获取中的应用具有一定的现实意义。

4.3 地理信息系统下地形图的精度控制

平面精度检查可采用GPS—RTK或全站仪测量进行，利用基础控制测量阶段布设的控制点。在测区内抽查部分地形点和地物点，地物点一般选择在道路交叉点、拐点、建筑物角点，而地形点则选在地形特征点上，如山顶点、鞍部点等，将实地测量点位的平面位置和高程值与所测制地形图上相应要素的点位成果进行比较，计算其中误差。进行航空摄影测量及地面控制测量的各种仪器设备均应按要求进行测前鉴定和检验，检验资料要求齐全、完整，随成果提交，并且各项性能指标满足规范要求。成果、成图的检查实行两级检查、一级验收制。两级检查主要对中间过程成果进行检查，一级验收是对最终成果、成图进行验收。作业人员首先自查、互查后，由作业单位进行检查，检查通过后交付质检部门根据图式、规范进行地形图、DOM和DEM的检查[8]。

4.4 GNSS定位技术在矿山地形图测绘中广泛应用

地理信息系统和定位技术有着密不可分的联系，近年来，矿山地形图测绘工作中，GNSS定位技术得以广泛应用，且受到诸多业内人士的青睐。GNSS定位技术随着现代通信技术的发展而发展，技术应用愈加成熟，该项技术在矿山地形图测绘中也得到应用。GNSS定位技术所得到数据的真实、可靠性较高，对矿山地形图测绘精度的提高有着重要意义，同时GNSS定位技术还具有功能全、效率高、应用广泛、操作便捷等优势，在矿山地形图测绘领域应用前，已经在陆地海洋等大领域地形测绘中顺利实践。相比于传统技术，GNSS定位技术具有显著的现代地理信息系统优势，几乎不受季节、特殊地形特殊气候的影响，相对于无人机技术而言，GNSS定位技术受气候环境影响较小。更重要的是，GNSS定位技术测绘模式丰富，能够满足不同条件下矿山地形图测绘需求。但是在作业过程中，工作人员必须熟练掌握设备使用规律与性能，以免出现人为操作误差，进而导致地形图测绘精度受到影响，此外虽然GNSS定位技术受自然环境影响相对较小，但也要注意规避不利的自然条件影响。

5 结语

综上所述，矿产事业关系到自然能源的使用，矿物是人类生存与发展的根本条件之一。矿山开采挖掘的过程中，必然要提前熟悉矿山地形，进行地形图测绘，只有这样才能够提高开采挖掘的效率，以确保安全。但是由于矿山地形复杂，所以地形图测绘的难度大大增加，地理信息系统的出现与应用，为矿山地形图测绘提供了有利的工具，本文我们对地理信息系统应用原理、矿山地形图测绘现状、相关领域发展等进行了具体分析，希望地理信息系统能够在该领域起到更好的作用，提高矿山地形图测绘精度。