地理信息系統(tǒng)在礦山的應用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

地理信息系統(tǒng)在礦山的應用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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，將其應用在礦山，可以大大地推動礦山生產(chǎn)經(jīng)營管理的現(xiàn)代化。GIS在城市交通、通訊、電力等方面應用廣泛，但其在礦山方面的應用還很少。文中簡要介紹了礦山應用GIS的必要性，礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)的特點及功能，概述了目前MGIS在應用方面存在問題以及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:GIS;礦山地理信息系統(tǒng);應用及問題;發(fā)展趨勢GIS是英文GeographicInformationSystem的縮寫，通常稱為地理信息系統(tǒng)。GIS是介于信息科學、空間科學和地球科學之間的交叉學科，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、管理、分析和描述整個或部分地球表面(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)應用廣泛，有多個分支，目前GIS在資源調(diào)查管理、環(huán)境監(jiān)測與評價、城市規(guī)劃、土地利用、公共交通、各類工程施工、軍事國防以及商業(yè)、經(jīng)營決策等方面均已得到廣泛而卓有成效的應用。礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS)是其分支之一，該系統(tǒng)主要是以計算機為基礎，應用測量、攝影測量與遙感等技術(shù)采集信息，并通過機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)建起來的一種信息系統(tǒng)。將GIS運用于指導礦山的規(guī)劃、日常生產(chǎn)、管理、環(huán)境監(jiān)測以及安全預警等各方面將有很重要的意義。我國的礦山地理信息系統(tǒng)，起步較晚。但是，經(jīng)過我國礦業(yè)科技工作者的努力，在深入的理論研究和縝密的實驗實踐基礎上，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對我國礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。1礦山應用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)造復雜，礦體厚度不穩(wěn)定，傾角變化大，頂?shù)装宀环€(wěn)定，有時受地下水的威脅等等;生產(chǎn)方式復雜，生產(chǎn)礦井提升、運輸方式多樣;設備復雜，種類繁多，設備數(shù)量多。由此可見，礦山的信息量巨大，并且數(shù)據(jù)類型多，包括地質(zhì)、采礦、測繪、選冶、分析、環(huán)保、經(jīng)濟、建設、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)庫等[1]。礦山數(shù)據(jù)具有重要經(jīng)濟價值。大量的數(shù)據(jù)不及時收集、整理、保存，一旦丟失，將給礦山造成巨大信息及經(jīng)濟浪費。礦山數(shù)據(jù)的保存和分析對礦山的生產(chǎn)、技術(shù)、安全、管理、效益、資源的有效利用及環(huán)境的保護具有重要意義，例如對地表及采空區(qū)上的構(gòu)(建)筑物等的保護，對地下水及地表水、生態(tài)的保護，采礦工程引起的塌陷區(qū)的復懇等可提供科學依據(jù)。目前，礦山工程施工、開采過程、設備、材料信息、經(jīng)營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]。礦山是一個復雜的動態(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。面臨著非常巨大的困難，MGIS的建立將提供解決這些問題的可能[3]。2MGIS的特點及其功能2.1MGIS的特點[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、測量資料、礦山土地利用圖、地質(zhì)圖及文字報告、礦床產(chǎn)狀圖及文字報告、采掘工程圖、井上下對照圖、礦山建筑資料等。其儲存形式，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)域社會的不斷發(fā)展，還有大量動態(tài)數(shù)據(jù)，即在生產(chǎn)過程中不斷更新、增加的數(shù)據(jù)和信息。這部分數(shù)據(jù)是生產(chǎn)和管理的最新資料，是系統(tǒng)保持現(xiàn)實性所必需的。MGIS的數(shù)據(jù)具有以下主要特點:(1)多源性。數(shù)據(jù)涉及不同的領(lǐng)域、不同的來源、不同的載體。(2)時空特性。數(shù)據(jù)具有時空四維的幾何和屬性信息，并且隨著生產(chǎn)的進行，數(shù)據(jù)處在不斷的更新、增刪之中。(3)多時相性。礦山信息涵蓋礦山生產(chǎn)和建設的各個階段。(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)倉庫基礎上，充分利用現(xiàn)代空間分析、數(shù)據(jù)采礦、知識挖掘、虛擬現(xiàn)實、可視化、網(wǎng)絡、多媒體和科學計算技術(shù)，為礦產(chǎn)資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設計、生產(chǎn)安全和決策管理進行模擬、仿真和過程分析提供新的技術(shù)平臺和強大工具。MGIS具備如下功能:(1)監(jiān)測礦區(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、社會、環(huán)境和資源相關(guān)的時空信息。(3)利用3D建模與可視化技術(shù)來動態(tài)模擬、再現(xiàn)與仿真礦山開采活動及給環(huán)境帶來的相關(guān)影響。(4)輔助礦井開拓設計、礦井生產(chǎn)管理，支持礦山防災、減災與救災指揮。(5)進行人機協(xié)同的礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃與指標評估，其核心是礦區(qū)多目標動態(tài)規(guī)劃模型庫、決策知識庫及中間關(guān)聯(lián)的邏輯解譯等子系統(tǒng)。3GIS礦山應用現(xiàn)狀地理信息系統(tǒng)用于礦山必將引起礦山數(shù)據(jù)管理和應用的一場革命。發(fā)展礦山地理信息系統(tǒng)已成為一種必然趨勢。礦山地理信息系統(tǒng)目前在礦山中主要應用于以下幾個方面[4]:(1)礦床地質(zhì)勘探及礦山設計。建立的MGIS存儲有大量的礦山地理信息數(shù)據(jù)，利用GIS的強大功能進行勘探設計、地質(zhì)施工、報告編制及礦山設計，可以極大地提高工作效率，減少設計失誤，優(yōu)化設計成果。(2)編制生產(chǎn)計劃。依賴礦山地理信息數(shù)據(jù)也可以制定生產(chǎn)計劃，通過對其空間關(guān)系的實時分析，可以使生產(chǎn)計劃的制定建立在客觀、合理、有效的基礎之上，通過模擬，還可以進一步檢驗生產(chǎn)計劃的科學合理性和可操作性。(3)日常生產(chǎn)管理。礦山日常生產(chǎn)過程中會遇到各種各樣的問題，會揭露出許多新的地質(zhì)現(xiàn)象，這些新的資料要及時地輸入到MGIS中，通過其強大的分析功能，科學及時有效地調(diào)制生產(chǎn)計劃，提高生產(chǎn)計劃實施效率。同時，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)也可以及時準確地統(tǒng)計計算出來，供領(lǐng)導實施決策時參考。(4)礦山生產(chǎn)安全。礦山生產(chǎn)中有許多因素會影響生產(chǎn)安全，如隨著