地質測量信息系統的應用分析

惠伯辰 王德強

【摘 要】隨著科學技術的發展，GIS技術為當代地球科學的一項新技術已顯示出廣闊的應用前景。特別是近年來，人們對GIS技術認識的加深，在礦區地理信息系統開發的技術路線已經深入人心。礦區作為一個復雜的地理系統，由于其地形變化中，礦體，圍巖的影響，結構和圍巖壓力和采礦活動，以盡量減少由采礦造成的損失，預測，評價的影響，本文將從一些技術方面闡述基于GIS的地質測量信息系統的應用。

【關鍵詞】GIS技術；地質測量；信息系統；具體應用

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1 RS在地質測量中的優越性以及應用分析

遙感技術是20世紀60年代初期隨航天搖桿技術發展而來的，其獲取高效信息的主要實現過程是利用微波，可見光以及紅外光等電磁波探測儀器，在外層空間或者遠距離高空平臺上，對于待測地勢進行攝影掃描以及計算機處理，進而實現對于物體大小以及形狀等變化信息的實時采集。由于在搖桿圖像采集方面具備立體效果好，影響直觀以及視覺范圍廣的特點，目前應用范圍已經從礦產勘測以及環境，民用建設工程，水文區域地質控制測量拓寬到城市環境監測，土地利用以及農業地質勘測中。具體細化應用可以規整如下。

1）地質空間延伸以及展布構造的判斷。遙感技術沒有提出之前，人們主要從相應的水文地理歷史資料來對我國的深斷地帶例如小江斷裂帶，紫荊關斷裂帶，龍門山斷裂帶以及雅魯藏布江斷裂帶進行了解，且不說這種方式的科學性，單是深斷裂地帶延伸去向一直以來就沒有一個統一的說法，而這一點通過搖桿技術拍攝回來的衛星圖像的判讀很容易實現，特別是較大范圍的環境影像以及線狀要素的挖掘，從精度以及效率上考慮，搖桿技術效果都是很突出的。

2）區域地質勘測中圖幅的編制以及礦產預測。在建筑工程施工以前，通常會有一個選址以及放線的前奏，傳統方式上，對于地質信息的采集主要采取野外勘測的方式進行，不但投入的人力和物力比較大，在精度方面卻仍會與實際工程建設過程中出現的情況有一定的偏差，采用遙感技術獲取所測區域的主填圖作為放線選址的原始資料，不但覆蓋面大，同時還具有多圖同步聯測的效果，因此滿足了可靠性的要求。另一方面，在區域地質找礦的過程中，還可以將衛星采集到的圖像進行鑲嵌處理，作為礦產信息分析時一些重要區域的地質背景基礎圖件。而且在對所在區域的金屬礦產進行預測時，通過對搖桿發射回來的含礦石波譜的捕捉，結合地理信息以及多元信息綜合圖像技術的發展，人們能夠有選擇的對所目標礦種區段進行更加優化的定位。

3）水文地質普查評價。在水利工程建設中，搖桿技術主要運用在水利工程選址，水土保持工程，水環境監測以及水資源干涸情況調查中，比較常見的做法是在地下水露頭的地方安置一個熱紅外掃描影像探測儀，反回來的圖像中關于地下水溢出以及滲透，即使水露頭很小，也能做到顯示的清晰性，通過對圖像的分析，人們就可以獲取水流規模，分布，流量以及來源等多重信息，這種做法在一些植被覆蓋稀疏或者干旱缺水的地方應用比較廣泛。

地理信息系統（GIS）是用來描述地質信息，地下環境和設備的應用軟件。地理信息系統可以有效地建立礦山空間數據庫，實現礦山的全景顯示，動態顯示，真實，直觀，準確，清楚地表明形成，骨折，礦體與圍巖形成，表達的鉆井，礦（軸，軸），道路，溝渠，采空區，采空區，采工作面表達形式，配備和各種機械設備，操作空調，表達礦井風流狀況、瓦斯濃度、地應力場等現象。地理信息系統可以有效地利用現有的數據對未采區和回采工作面深部及外圍戰線，地質構造，礦體，礦床分帶的變化及其他開采條件預測。

2 安全生產地理信息系統的概念及體系結構

2.1 安全生產地理信息系統

地理信息系統（GIS）是基于地理空間數據庫，描述，存儲，和空間信息輸出分析一個交叉學科的理論和方法，它是地理模型分析方法的使用，多種空間和動態的地理信息系統，及時提供地理研究和決策服務的計算機技術。目前，安全生產地理信息系統的開發包括兩個方面，一是用計算機語言（VB，VC）與其他組合軟件（AutoCAD）擁有自己的知識產權信息系統，二是基于地理信息系統的基礎上，利用圖書館的兩倍的功能的發展，開發專用軟件，地理信息系統。而安全生產地理信息系統是地理信息技術和信息的安全生產相結合，充分發揮了GIS的功能，實現共享和安全生產信息資源的應用，地理信息系統在中的具體應用。

2.2 基本體系結構

安全信息管理系統是基于Internet，是安全監察與當代先進的互聯網技術需求相結合構造?；A架構主要包括：文本數據庫（包括新聞，政策法規，學術論文，安全監察類），圖形數據庫和網絡。

基于Web GIS技術的支持，集成的地理空間數據和跟蹤井下安全實時監控系統，對所有的數據存儲在后臺數據庫的共享和安全信息網絡平臺的決定，由空間數據存儲平臺，安全專業的陽關應用平臺和Web協作服務平臺是由三部分組成的?；贕IS的安全管理系統，以安全生產為中心提供的監測，分析，規劃，決策。修復系統可分為：安全生產決策管理（的崇山峻嶺生產調度系統），礦山地理信息管理系統，全面的崇山峻嶺和網絡服務支持系統的質量控制系統。

綜上所述，現階段國內安全生產地理信息系統的結構主要是由一個安全系統信息庫，圖形信息庫，屬性信息數據庫，網絡支持系統和用戶系統，主要通過企業在企業局域網中實現信息共享。

3 基于GIS的地質測量信息系統的應用

3.1 GIS應用于礦區開采的數據庫建立

GIS是空間數據庫發展的主體它所管理的數據主要是二維或三維的空間型地理數據，主要包括地理實體的具體空間位置、拓撲關系和屬性。對于這些數據的管理GIS是按照圖層的方式來進行的，這樣的管理方式對地理數據的修改和提取非常方便。

地理信息系統采用野外數字測圖、手工和掃描數字化、遙感與攝影測量等多種方式采集空間數據。對于礦區開采沉陷的監測必須要用到礦區的測量數據、礦區的開采方法、地質采礦條件、地質構造等各方面的資料，這些基本上都是外業的數字測圖和手工繪制，對這些采集過來的數據進行有效地數據庫管理、更新、維護、進行快速的查詢和檢索，并且使用多種方式輸出所需的地理空間信息，以便于對礦區的沉陷情況作進一步的預測。GIS與面向特定領域的專業應用模型相結合，進行有關數據處理、信息管理、空間分析、反演預測、決策支持等已經成為一種需要。綜合多方面的因素考慮地理信息系統對于礦區開采沉陷數據庫的建立是非常合適的。

利用GIS技術解決礦區開采沉陷中出現的問題具有很大的優越性：首先GIS理論和技術方法是礦區多層空間以及資源環境等動態時空信息的存儲、處理、復合、分析與評價的最好方法。開采沉陷所涉及到的數據都是具有空間內涵的數據，GIS的最大特點就是管理處理具有空間內涵的數據，并且GIS的數據庫管理功能可以對大量的開采沉陷數據進行統一的管理；其次二維礦圖管理是目前GIS技術非常成熟的應用，利用GIS的制圖功能可以繪制出礦區開采沉陷監測所需的各種可視化圖形。而且GIS的空間查詢和分析功能還可以對開采所引起的一些損害進行全方位動態監測并可以確定損害的程度，在采動過程中隨時根據監測所顯示的資料對開采方案作出適當的調整。

3.2 GIS在地質測量中的優越性以及應用分析

GIS的規范化是一個漫長的過程，隨著各種系統的迅速膨脹，GIS逐漸走向成熟，在相關的平臺逐漸得到鞏固和規范。GIS主要是通過對不同來源不同形式數據進行分析，確定原變量的坐標的位置，比如可以利用經緯度以及海拔來對變量的位置進行標注，有時也利用類似于ZIP地理編碼系統來定位變量在GIS系統中的坐標，再組織生成能夠直接訪問GIS的計算機數據庫，通過不同的運營商將地圖形式的數字信息轉換成可以識別以及利用的譬如搖桿數字衛星圖像以及地圖類似的有關植被覆蓋的數字信息層。某些情況下，也可以利用類似原理將人口調查轉換成地圖形式的主題信息層，GIS主要通過圖像處理以及空間模型的構建，對收集到的空間特性的地理屬性以及信息等搖桿信息進行分析和處理，從而為地質勘測提供有利的決策支持。

1）地質圖數據庫的建立。目前在該方面應用比較成功的是國產mapgis地質圖數據平臺的搭建，通過在數據庫中輸入空間與屬性數據，數據庫自動完成編輯以及矢量化的過程，解決了一些高難度的技術問題，如圖幅間的銜接處理，大范圍多層次的檢索，工程位置選擇以及海洋數據的管理，透過該數據庫，人們還可以實現更小比例尺或者是任意比例尺專題圖件數據庫的構建，以方便不同專業的研究。

2）地質災害管理與評價。地質災害評價和管理，利用地理信息系統的各種功能，建立地質災害空間信息管理系統，管理地質災害調查資料，顯示并查詢地質災害的空間分布特征信息，評價地質災害的危害程度，分析地質災害和影響因素之間的關系，提出減輕和防治地質災害的措施，對將來可能發生的地質災害進行預測。

3）地質調查中數據的采集，分析以及處理。在我國3S技術與地質勘測相互脫節的時期，人們主要采取野外勘測的方式對環境地質條件進行相應的記錄，并結合手繪和相應的標注解釋來完成地質信息的收集，收集到的信息再采取人工分析，制圖的方式進行，該種方式從數據采集，整理到分析上來講，首先就不滿足整體性的要求，而且書面材料的方式促成了數據共享的不可能性，面臨一些地理條件復雜的山區或者峽谷，數據采集的工作幾乎很難進行下去，因此給項目的控制以及管理造成了很大的局限性，如果沿用傳統的地理調查方式與信息時代的要求是相脫離的，GIS及其配套軟件的發展能夠實現數據采集，預處理與分析之間的相互整合，采用定性或者定量的方式，將系統分析與系統應用有機的結合起來，涵蓋的范圍較廣，因此得到的結果較為精確。

礦區開采引發的地表變形，可導致地表的土層破壞、平地積水、地面裂縫、周邊的山體滑坡和房屋倒塌等現象。利用ArcGIS中的ArcScene對地面沉降預測數據進行模擬和三維動態顯示，能夠很直觀的得出三維可視化圖形，也可以進行等值線繪制、任意的剖面圖制作、任意的點位變形數據提取和最大變形方向等多種三維可視化隨即應用分析，可進行礦區開采沉陷方面的一系列災害性的后果預測分析。另外可基于ArcGIS的3D擴展模塊生成各種地表變形的三維動態場景和三維動態實時可視化，并且可以進行動態演示。

GIS的可視化系統和空間分析功能在礦區開采沉陷的分析中具有著重大的意義。主要有開采沉陷數據的輸入與輸出、已開采地區的沉陷預測可視化、未開采地區的沉陷預測可視化、開采沉陷數據的管理和開采沉陷數據的可視化輸出等。

4 結束語

礦區作為一個實時動態地區，礦區的開采沉陷必然會引起地表的變形與破壞，GIS作為一種新興技術融入到礦區開采沉陷中，對礦區的各種變形進行預測、分析與評價，并且能夠繪制出各種具有可視化效果的變形曲線和圖形，可以說這兩者結合起來具有十分廣闊的前景。地質測量空間信息系統，使地質測量信息采集的多源化、管理的網絡、決策支持的智能化，以及與其它系統的集成得到了實現，具有數據收集、分析、處理、儲存和發布等便捷功能，必將成為企業地址測量工作的重要發展方向。

參考文獻：

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