地理信息系統(tǒng)在礦山的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

地理信息系統(tǒng)在礦山的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘要:地理信息系統(tǒng)(GIS)作為目前發(fā)展最迅速的高新技術(shù)之一，將其應(yīng)用在礦山，可以大大地推動(dòng)礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的現(xiàn)代化。GIS在城市交通、通訊、電力等方面應(yīng)用廣泛，但其在礦山方面的應(yīng)用還很少。文中簡(jiǎn)要介紹了礦山應(yīng)用GIS的必要性，礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)的特點(diǎn)及功能，概述了目前MGIS在應(yīng)用方面存在問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:GIS;礦山地理信息系統(tǒng);應(yīng)用及問(wèn)題;發(fā)展趨勢(shì)GIS是英文GeographicInformationSystem的縮寫(xiě)，通常稱為地理信息系統(tǒng)。GIS是介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉學(xué)科，是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)[1]。地理信息系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，有多個(gè)分支，目前GIS在資源調(diào)查管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、城市規(guī)劃、土地利用、公共交通、各類工程施工、軍事國(guó)防以及商業(yè)、經(jīng)營(yíng)決策等方面均已得到廣泛而卓有成效的應(yīng)用。礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)是其分支之一，該系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，應(yīng)用測(cè)量、攝影測(cè)量與遙感等技術(shù)采集信息，并通過(guò)機(jī)械制圖和圖像處理等手段，緊密結(jié)合礦山的空間與資源特征構(gòu)建起來(lái)的一種信息系統(tǒng)。將GIS運(yùn)用于指導(dǎo)礦山的規(guī)劃、日常生產(chǎn)、管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及安全預(yù)警等各方面將有很重要的意義。我國(guó)的礦山地理信息系統(tǒng)，起步較晚。但是，經(jīng)過(guò)我國(guó)礦業(yè)科技工作者的努力，在深入的理論研究和縝密的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基礎(chǔ)上，建立了初步的礦山地理信息系統(tǒng)。并且MGIS在一些礦山的應(yīng)用中，已經(jīng)或正在發(fā)揮其重要作用。所以，建立與發(fā)展MGIS對(duì)我國(guó)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。1礦山應(yīng)用MGIS的必要性礦山是一種特殊的地理區(qū)域?，F(xiàn)代礦山一般規(guī)模龐大，面積較廣，地質(zhì)條件和礦體賦存條件差別很大，主要表現(xiàn)為:礦床地層構(gòu)造復(fù)雜，礦體厚度不穩(wěn)定，傾角變化大，頂?shù)装宀环€(wěn)定，有時(shí)受地下水的威脅等等;生產(chǎn)方式復(fù)雜，生產(chǎn)礦井提升、運(yùn)輸方式多樣;設(shè)備復(fù)雜，種類繁多，設(shè)備數(shù)量多。由此可見(jiàn)，礦山的信息量巨大，并且數(shù)據(jù)類型多，包括地質(zhì)、采礦、測(cè)繪、選冶、分析、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)與管理等多方面的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)載體有文件資料、表格、圖形圖像、數(shù)據(jù)庫(kù)等[1]。礦山數(shù)據(jù)具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。大量的數(shù)據(jù)不及時(shí)收集、整理、保存，一旦丟失，將給礦山造成巨大信息及經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。礦山數(shù)據(jù)的保存和分析對(duì)礦山的生產(chǎn)、技術(shù)、安全、管理、效益、資源的有效利用及環(huán)境的保護(hù)具有重要意義，例如對(duì)地表及采空區(qū)上的構(gòu)(建)筑物等的保護(hù)，對(duì)地下水及地表水、生態(tài)的保護(hù)，采礦工程引起的塌陷區(qū)的復(fù)懇等可提供科學(xué)依據(jù)。目前，礦山工程施工、開(kāi)采過(guò)程、設(shè)備、材料信息、經(jīng)營(yíng)管理信息等的收集和處理主要停留在手工操作上，已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)、管理、辦公等要求，急需具有智能化特征的方法與系統(tǒng)來(lái)滿足企業(yè)之需求。MGIS是滿足這一需求的最好方法之一[2]。礦山是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)非線形、行為多樣性、信息不確定性和狀態(tài)不可逆性的特點(diǎn)。面臨著非常巨大的困難，MGIS的建立將提供解決這些問(wèn)題的可能[3]。2MGIS的特點(diǎn)及其功能2.1MGIS的特點(diǎn)[2]礦山地理定位數(shù)據(jù)是MGIS的基本數(shù)據(jù)，利用礦山地面和井下測(cè)量信息構(gòu)建礦山的幾何空間框架。礦山數(shù)據(jù)源包括地形圖、測(cè)量資料、礦山土地利用圖、地質(zhì)圖及文字報(bào)告、礦床產(chǎn)狀圖及文字報(bào)告、采掘工程圖、井上下對(duì)照?qǐng)D、礦山建筑資料等。其儲(chǔ)存形式，主要有圖象、圖形、文字、表格等。這些為數(shù)據(jù)源靜態(tài)的一面。另一方面，由于礦山生產(chǎn)和區(qū)域社會(huì)的不斷發(fā)展，還有大量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，即在生產(chǎn)過(guò)程中不斷更新、增加的數(shù)據(jù)和信息。這部分?jǐn)?shù)據(jù)是生產(chǎn)和管理的最新資料，是系統(tǒng)保持現(xiàn)實(shí)性所必需的。MGIS的數(shù)據(jù)具有以下主要特點(diǎn):(1)多源性。數(shù)據(jù)涉及不同的領(lǐng)域、不同的來(lái)源、不同的載體。(2)時(shí)空特性。數(shù)據(jù)具有時(shí)空四維的幾何和屬性信息，并且隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，數(shù)據(jù)處在不斷的更新、增刪之中。(3)多時(shí)相性。礦山信息涵蓋礦山生產(chǎn)和建設(shè)的各個(gè)階段。(4)不確定性。各種空間、資源和環(huán)境數(shù)據(jù)具有不確定性或模糊性。2.2MGIS的基本功能[3]MGIS是在礦業(yè)信息數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代空間分析、數(shù)據(jù)采礦、知識(shí)挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和科學(xué)計(jì)算技術(shù)，為礦產(chǎn)資源評(píng)估、礦山規(guī)劃、開(kāi)拓設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安全和決策管理進(jìn)行模擬、仿真和過(guò)程分析提供新的技術(shù)平臺(tái)和強(qiáng)大工具。MGIS具備如下功能:(1)監(jiān)測(cè)礦區(qū)環(huán)境狀況及演變。(2)采集、管理、處理、分析一切與礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源相關(guān)的時(shí)空信息。(3)利用3D建模與可視化技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)模擬、再現(xiàn)與仿真礦山開(kāi)采活動(dòng)及給環(huán)境帶來(lái)的相關(guān)影響。(4)輔助礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)、礦井生產(chǎn)管理，支持礦山防災(zāi)、減災(zāi)與救災(zāi)指揮。(5)進(jìn)行人機(jī)協(xié)同的礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃與指標(biāo)評(píng)估，其核心是礦區(qū)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型庫(kù)、決策知識(shí)庫(kù)及中間關(guān)聯(lián)的邏輯解譯等子系統(tǒng)。3GIS礦山應(yīng)用現(xiàn)狀地理信息系統(tǒng)用于礦山必將引起礦山數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的一場(chǎng)革命。發(fā)展礦山地理信息系統(tǒng)已成為一種必然趨勢(shì)。礦山地理信息系統(tǒng)目前在礦山中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面[4]:(1)礦床地質(zhì)勘探及礦山設(shè)計(jì)。建立的MGIS存儲(chǔ)有大量的礦山地理信息數(shù)據(jù)，利用GIS的強(qiáng)大功能進(jìn)行勘探設(shè)計(jì)、地質(zhì)施工、報(bào)告編制及礦山設(shè)計(jì)，可以極大地提高工作效率，減少設(shè)計(jì)失誤，優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。(2)編制生產(chǎn)計(jì)劃。依賴礦山地理信息數(shù)據(jù)也可以制定生產(chǎn)計(jì)劃，通過(guò)對(duì)其空間關(guān)系的實(shí)時(shí)分析，可以使生產(chǎn)計(jì)劃的制定建立在客觀、合理、有效的基礎(chǔ)之上，通過(guò)模擬，還可以進(jìn)一步檢驗(yàn)生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)合理性和可操作性。(3)日常生產(chǎn)管理。礦山日常生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，會(huì)揭露出許多新的地質(zhì)現(xiàn)象，這些新的資料要及時(shí)地輸入到MGIS中，通過(guò)其強(qiáng)大的分析功能，科學(xué)及時(shí)有效地調(diào)制生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施效率。同時(shí)，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可以及時(shí)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)計(jì)算出來(lái)，供領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施決策時(shí)參考。(4)礦山生產(chǎn)安全。礦山生產(chǎn)中有許多因素會(huì)影響生產(chǎn)安全，如隨著