數字化測繪在排土場庫容計算中的應用

何有生 林劉軍

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院，河南 焦作454000)

排土場作為堆積廢石的場所是礦山系統(tǒng)的重要組成部分，排土場容量充足是礦山剝離正常進行的前提，及時掌握排土場庫容是合理編制生產作業(yè)計劃的重要參考。因此，排土場庫容的準確計算顯得十分關鍵。

排土場區(qū)域地形圖和設計圖是構成庫容計算的基礎圖件，但由于各種原因地形圖和設計圖通常只有紙質或藍圖，必須對其進行矢量化、數字化。然后對矢量化成果進行建模計算，得出排土場庫容量。

下面以某礦山排土場庫容計算為例對此作以介紹：

該礦山排土場為山區(qū)地形，利用山谷排放廢石，占地面積、設計庫容較大，服務年限較長。

1 現有的測繪成果及設計圖件

收集整理到的資料有該區(qū)域1：1000的紙質地形圖和排土場設計藍圖。

2 紙質圖件矢量化

矢量化綜合了計算機視覺，計算機圖像處理，計算機圖形學和人工智能，是數字圖像處理中的一個重要課題。利用已有的地形圖進行掃描數字化是地圖編繪底圖的重要來源，利用已有的紙質地圖進行矢量化工作，避免了重復測繪，節(jié)約了大量的人力、物力和財力。

2.1 紙質圖件掃描

首先使用掃描儀將紙質地形圖和設計藍圖掃描并以圖件格式存盤。然后用photoshop等圖像處理軟件對圖形進行拼接、降噪、細化等操作，提高圖像質量，從而獲得理想的柵格地圖。

值得注意的是紙質地形圖由于受介質本身及存放條件等因素的影響會導致地形圖的實際尺寸發(fā)生變形，而且掃描操作中的其他因素，也直接影響掃描質量和精度。所以在柵格矢量化時必須進行仔細糾偏操作，保證數據質量。

2.2 柵格圖像矢量化

現在許多軟件可以實現柵格圖像矢量化，比如mapgis、vpstudio、cass、cad等，本文介紹的是使用cass軟件矢量化方法。利用cass軟件進行矢量化主要有以下三個步驟：

（1）導入柵格數據

（2）圖像糾正

通過此操作可以消除由原圖掃描生產的柵格圖像存在的旋轉、位移和畸變等誤差，使柵格圖像位置和形狀和原圖一致。

圖像糾正方法有赫爾姆特法、仿輻射轉換法、線性變換法、二次變元法、三次變元法等，不同的糾正方法需要不同個數和位置的控制點。具體操作時輸出圖上拾取位置的實際坐標，執(zhí)行糾正命令，并且可以查詢圖像糾正的精度。

（3）交互編輯，矢量化柵格圖像

圖像糾正完畢后，利用軟件交互編輯功能對相應的地圖信息進行逐個矢量化，并完成等高線付值、圖幅修整等操作。以下分別是排土場地形圖（圖1）和設計藍圖矢量化成果（圖2）。

3 建立數字地面模型

計算庫容的方法有平行截面法法、等高線容積法、方格網法和三角網法，由于三角網法精度高等特點，本文采用三角網法建立數字地面高程模型計算庫容。

3.1 原地形建模

首先，根據設計藍圖邊界線對矢量化地形圖進行剪切，僅保留設計范圍內地形信息，選擇所有等高線，使用菜單欄中“工程應用”工具中的“等高線生成數據文件”生成高密度的高程點，然后使用菜單欄中“繪圖處理”工具將生成高程點展點入圖（如圖3所示），為下一步的建模做數據準備。

圖1 矢量化的排土場地形圖

圖2 矢量化的排土場設計藍圖

圖3 設計范圍內等高線和生成的高程點

然后，使用菜單欄中“等高線”工具中的“建立DTM”子項，利用圖中高程點生成數字地面模型?？墒褂貌藛螜谥小帮@示”工具中的“三維動態(tài)視圖”子項觀察數字地面模型三維視覺效果，使用此功能方便檢查是否存在異常高程點，剔除、修改不合格三角網。

圖4 設計范圍內原地形DTM

圖5 設計范圍內原地形DTM的三維視覺圖

3.2 設計圖建模

設計圖建模與建立地形圖數字地面模型類似，使用同樣方法可對排土場設計完成數字建模。

4 排土場庫容計算

將排土場設計圖和原地形復合在同一張圖上（如圖6所示），然后檢查三角網，特別是排土場設計的邊緣部分，剔除、修改不合格三角網，這一步至關重要，也是誤差控制的關鍵，同時最好保證所有邊界點都同時參與了兩個模型的建模過程。檢查時可三維視圖（如圖7所示）。

檢查無誤后，分別保存三角網文件。然后使用菜單欄中“工程應用”下“DTM法土方計算”、“計算兩期間的土方”子項，加載保存的三角形文件，計算出排土場庫容。

圖6 排土場設計和原地形復合圖

圖7 排土場設計和原地形DTM復合三維視覺圖

5 結論

數字化測繪計算排土場庫容的工作程序可總結為：（1）收集現有的測繪資料和設計文件，包括一定精度的排土場原地形地形圖、排土場設計圖及設計文件。（2）對紙質地形圖矢量化、數字化。（3）對原地形、設計進行建模計算。（4）上報成果。

在礦山實際生產中，往往要求掌握排土場動態(tài)庫容，以便制定采剝計劃。實踐證明，對排土場現狀進行周期性測繪，使用本文介紹的數字化測繪三維建模方法，利用計算機輔助制圖計算出已占用庫容量，結合總庫容數據可以及時、準確把握排土場動態(tài)庫容。