探討Arc GIS礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

龔 琨，田洋洋

(甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局天水礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741000)

隨著數(shù)字地球概念的發(fā)展，Arc GIS技術(shù)逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)生活的方方面面，在礦山測(cè)繪與表達(dá)方面發(fā)揮出巨大的作用。傳統(tǒng)的礦山測(cè)繪與表達(dá)主要是以二維形式進(jìn)行，技術(shù)人員通過(guò)平面圖與剖面圖了解礦山相關(guān)信息，為后續(xù)的礦山開發(fā)提供依據(jù)。但是二維形式無(wú)法展現(xiàn)礦山空間的全貌，不利于礦山開采優(yōu)化、防災(zāi)方面的設(shè)計(jì)。采用Arc GIS技術(shù)，能夠通過(guò)三維的方式描述礦山空間，通過(guò)可視化的三維空間展現(xiàn)礦山的全貌，為礦山的開采和災(zāi)害預(yù)防等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要是針對(duì)已經(jīng)獲得的礦山測(cè)繪數(shù)據(jù)，根據(jù)需求進(jìn)行信息的整合[1]。Arc GIS能夠?yàn)榈V山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供豐富的數(shù)據(jù)類型自己三位數(shù)護(hù)具模型，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山打下基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析現(xiàn)狀

某地區(qū)具有豐富的礦產(chǎn)資源，當(dāng)前已經(jīng)開展了礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括以下結(jié)構(gòu)：收集礦山地表層層空間數(shù)據(jù)的地測(cè)管理信息系統(tǒng)；安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)；生產(chǎn)管理監(jiān)督系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，能夠了解礦山的地理信息，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全程監(jiān)督管理。但是從該系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)看，系統(tǒng)的整體性不足，無(wú)法對(duì)礦井規(guī)劃、礦山可視化等信息進(jìn)行全方位的統(tǒng)一規(guī)劃管理，信息系統(tǒng)的使用存在缺陷。由于系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，所選擇的相關(guān)系統(tǒng)都是獨(dú)立的，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)之間存在著信息孤島現(xiàn)象，而且各子系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享和交流，信息調(diào)取難度大，無(wú)法對(duì)整個(gè)礦山情況進(jìn)行有效的描述，測(cè)繪信息的使用存在問題[2]。而且從礦產(chǎn)的測(cè)繪來(lái)看，由于礦產(chǎn)測(cè)繪方式傳統(tǒng)，測(cè)繪數(shù)據(jù)存儲(chǔ)落后，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)光產(chǎn)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。采用Arc GIS的礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，是對(duì)礦山統(tǒng)一管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.2 數(shù)字礦山建設(shè)目標(biāo)

針對(duì)該地區(qū)的礦山管理情況，以及該地區(qū)的管理特點(diǎn)，基于Arc GIS的礦山測(cè)試成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的目標(biāo)是對(duì)礦山進(jìn)行測(cè)繪，并且利用測(cè)繪資料進(jìn)行有效管理，為礦山管理提供系統(tǒng)支持[3]。根據(jù)系統(tǒng)情況，需要明確系統(tǒng)的功能范圍、涵蓋領(lǐng)域、組織機(jī)構(gòu)、用戶權(quán)限等方面的內(nèi)容，同時(shí)需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)礦山信息以及附屬信息進(jìn)行儲(chǔ)存，方便礦產(chǎn)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)的調(diào)用和分析。系統(tǒng)應(yīng)該具備可視化功能，滿足用戶了解礦山的需求。

2 Arc GIS的礦山測(cè)繪分析系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Arc GIS

GIS早期是用于計(jì)算機(jī)科學(xué)、地球科學(xué)和空間科學(xué)的交叉學(xué)科，能夠綜合遙感、計(jì)算機(jī)以及地理地質(zhì)等相關(guān)行業(yè)基礎(chǔ)，為規(guī)劃、決策提供依據(jù)。Arc GIS技術(shù)是為用戶提供可視化的、可操作性的GIS平臺(tái)，該技術(shù)能夠集合全面的GIS功能，滿足GIS用戶的所有需求。當(dāng)前的Arc GIS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為集合桌面程序、服務(wù)端程序、移動(dòng)端的多種功能程序。Arc GIS的基本功能包括數(shù)據(jù)采集和編輯功能、制圖功能、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能、空間查詢和空間分析功能、地形分析功能。所謂地理信息的集合，Arc GIS首先是將相應(yīng)的地物屬性相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，并且根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)制作相應(yīng)的圖形，為用戶提供可視化的圖形資料，用戶可以根據(jù)Arc GIS中的相關(guān)技術(shù)，了解礦山、土地、地質(zhì)管理等相關(guān)信息。Arc GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)功能能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存以及管理，也可以用于數(shù)據(jù)查詢和利用，根據(jù)所處男粗的信息，可以為地形分析、空間分析和查詢、地形分析提供數(shù)據(jù)模型，從而為建筑用地選址、管道鋪設(shè)等提供技術(shù)支持。

2.2 基于Arc GIS的礦山建模

利用Arc GIS技術(shù)可以進(jìn)行礦山建模，建模流程圖如圖1所示。圖中顯示，利用礦區(qū)裁決工程平面礦區(qū)井上下對(duì)照?qǐng)D以及礦山生產(chǎn)產(chǎn)區(qū)竣工圖作為三維構(gòu)圖的袁術(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)將CAD圖轉(zhuǎn)化為shape格式并且添加至Arc GIS中，能夠生成較為完整的三維模型，實(shí)現(xiàn)礦山的三維可視化。為了確保Arc GIS的三維圖形符合礦山實(shí)際，需要采用數(shù)碼相機(jī)實(shí)地拍攝礦山場(chǎng)景，并且采集紋理，將相應(yīng)的照片有規(guī)律地存入計(jì)算機(jī)；同時(shí)利用礦山的CAD圖進(jìn)行貼圖渲染，通過(guò)三維建模，并且對(duì)三維模型進(jìn)行設(shè)置與優(yōu)化，能夠?yàn)楹罄m(xù)的空間查看提供依據(jù)。

圖1 Arc GIS三維可視化流程

2.3 礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是利用三維坐標(biāo)作為核心部分，構(gòu)建能夠顯示礦山全貌的三維圖形，能夠顯示礦山的每個(gè)角落和部分的全部信息，為相關(guān)人員對(duì)礦山測(cè)繪成果實(shí)現(xiàn)有效分析提供依據(jù)。礦山測(cè)繪成果的構(gòu)建主要包括以下過(guò)程：首先，采集數(shù)據(jù)資料，搜集礦山以及相應(yīng)的資料，包括地理資料、區(qū)域地質(zhì)資料、土地利用規(guī)劃資料、礦產(chǎn)資源規(guī)劃資料等相關(guān)資料，同時(shí)需要開展野外實(shí)地調(diào)查，對(duì)礦山所有山體、礦產(chǎn)資源開發(fā)進(jìn)行調(diào)查，了解礦山的地質(zhì)環(huán)境、山體結(jié)構(gòu)、露采宕口測(cè)量等資料；其次，需要對(duì)已獲得資料進(jìn)行規(guī)范化整理，以國(guó)家高層基準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)，以《礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》作為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，規(guī)范化相關(guān)數(shù)據(jù)以滿足數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，同時(shí)需要對(duì)所獲得的圖像資料進(jìn)行校正、無(wú)縫拼接，實(shí)現(xiàn)圖像資料的數(shù)字化；數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，將相關(guān)的資料導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及功能要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)，并且對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，確保系統(tǒng)滿足功能需求。

3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山資源的有效管理，前期的調(diào)研和資料收集十分重要。基于Arc GIS的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括礦產(chǎn)資源的勘察報(bào)告、地址資料以及其他礦山相關(guān)資料，許多礦山資料并未電子化，需要將相關(guān)資料電子化后才能夠便于使用。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源主要包括山體特征表、山體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量表以及地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，為了解礦山現(xiàn)狀、明確災(zāi)害類型提供數(shù)據(jù)。Arc GIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)管理的功能，在Arc GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程中，所使用的空間數(shù)據(jù)信息八廓地理地形圖信息、地址信息、礦產(chǎn)資源信息、礦產(chǎn)資源開發(fā)信息、礦山地質(zhì)環(huán)境信息、露采宕口廢棄地信息以及影像信息等數(shù)據(jù)。根據(jù)Arc GIS以及基礎(chǔ)信息的特點(diǎn)，能夠全面描述礦山的情況以及礦山開采的情況。

本文研究的礦山的礦產(chǎn)資源較為集中，而且儲(chǔ)量豐富，具有廣闊的開發(fā)前景。但是就當(dāng)前的礦山開發(fā)來(lái)看，礦山開發(fā)不合理，綜合利用程度不高，礦產(chǎn)資源浪費(fèi)等錢情況存在，礦產(chǎn)資源管理分散混亂。構(gòu)建Arc GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)以及系統(tǒng)主要是為礦山資源的查詢統(tǒng)計(jì)以及資料更新提供依據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該具備實(shí)時(shí)查詢與管理、數(shù)據(jù)維護(hù)更新、三維圖形制作、礦山預(yù)警和檢測(cè)等相關(guān)功能。根據(jù)相關(guān)功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，將Arc GIS圖形文件和相關(guān)數(shù)據(jù)資料統(tǒng)一，作為關(guān)鍵字段進(jìn)行對(duì)接，為數(shù)據(jù)查詢和管理打下基礎(chǔ)。

3.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

基于用戶的需求，礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能：礦山資源數(shù)據(jù)的查詢與調(diào)用、礦山預(yù)警和監(jiān)測(cè)、礦山數(shù)據(jù)維護(hù)、礦山信息統(tǒng)計(jì)等相關(guān)功能，采用模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。結(jié)合Arc GIS，將系統(tǒng)的總體模塊分為系統(tǒng)設(shè)置、測(cè)量數(shù)據(jù)管理、測(cè)量數(shù)據(jù)處理、測(cè)量成果數(shù)據(jù)歷、基礎(chǔ)Arc GIS功能和測(cè)量常用工具6大模塊。采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)以及礦山測(cè)量技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合管理。Arc GIS系統(tǒng)主要是面朝對(duì)象實(shí)體和拓?fù)鋽?shù)據(jù)的集成方式進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一儲(chǔ)存和管理，并且能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和支持。該系統(tǒng)包括地形建模、三維地質(zhì)建模、礦山建模等多種數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理和調(diào)用。

3.3 系統(tǒng)測(cè)試

對(duì)所構(gòu)建的Arc GIS的礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)功能測(cè)試以及性能測(cè)試了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況。對(duì)于系統(tǒng)而言，測(cè)試是了解系統(tǒng)的情況的關(guān)鍵流程，能夠發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中與規(guī)范不匹配甚至相互矛盾的地方，通過(guò)測(cè)試找出問題，了解系統(tǒng)中存在的問題。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試，了解該系統(tǒng)能否滿足數(shù)據(jù)管理和調(diào)用的需求。通過(guò)性能進(jìn)行測(cè)試，了解其傳輸性能以及相關(guān)指標(biāo)能否滿足用戶需求。同時(shí)展開安全測(cè)試，對(duì)于用戶安全、信息安全等進(jìn)行全面測(cè)試管理。經(jīng)過(guò)測(cè)試顯示，Arc GIS的礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能夠執(zhí)行96%的操作功能，測(cè)試效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，Arc GIS的礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山數(shù)據(jù)的綜合管理，并且為了解礦山提供可視化處理。對(duì)于礦山開采以及管理的現(xiàn)狀，Arc GIS的礦山測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的功能能夠提升測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析效率，為礦山的綜合管理提供技術(shù)支持。