龔選林

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019）

礦山道路的建設(shè)，是為了滿足礦山生產(chǎn)生活的需求，具體包括生產(chǎn)干線、生產(chǎn)支線、聯(lián)絡(luò)線和輔助線。目前，我國(guó)礦山建設(shè)增速，由于大多礦區(qū)都位于還未開(kāi)發(fā)的大山之中，山高林密、地形復(fù)雜，在礦山建設(shè)前期業(yè)主一般不會(huì)投入大量資金對(duì)區(qū)域地質(zhì)及地形地貌進(jìn)行詳細(xì)勘察，只會(huì)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果出來(lái)并確認(rèn)經(jīng)濟(jì)效益較好的前提下才會(huì)做具體的工作。而礦山道路是聯(lián)系礦區(qū)各個(gè)工業(yè)場(chǎng)地的，其線路選擇是否經(jīng)濟(jì)合理關(guān)乎著整個(gè)項(xiàng)目是否能夠?qū)嵤┑幕A(chǔ)條件之一。綠水青山就是金山銀山，礦山道路路線選擇是否合理，不但關(guān)系著礦山能否順利建設(shè)，還對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境有著重要影響?；诖?，本文提出應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，輔助開(kāi)展礦山道路選線設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

1 礦山道路選線設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

以露天礦山道路設(shè)計(jì)為例，露天礦山道路是整個(gè)礦區(qū)范圍內(nèi)，用于行駛礦用自卸汽車，或者聯(lián)系礦區(qū)內(nèi)各工業(yè)場(chǎng)地、各車間、廠房的道路。按照性質(zhì)指標(biāo)劃分，礦山道路分為生產(chǎn)干線、生產(chǎn)支線、聯(lián)絡(luò)線和輔助線。露天礦山道路的設(shè)計(jì)要滿足相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。表1為礦山道路建設(shè)主要技術(shù)指標(biāo)。

表1 露天礦山道路技術(shù)指標(biāo)（部分?jǐn)?shù)據(jù)）

2 地理信息系統(tǒng)在道路選線中的具體應(yīng)用

2.1 GIS概述

GIS作為新型技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用于道路選線工作中，尤其是，數(shù)字城市以及虛擬社區(qū)等的發(fā)展，帶動(dòng)著GIS技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。目前，GIS技術(shù)的應(yīng)用，涉及到以下領(lǐng)域：測(cè)繪以及地圖制圖；資源管理；災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及環(huán)境保護(hù)等。在道路選線中，GIS的具體應(yīng)用為輔助決策系統(tǒng)，具有空間可視化功能，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)源以及空間分析模型的構(gòu)建，包括空間定性功能和定量功能等，功能較強(qiáng)。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員，提供可視化的選線環(huán)境、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如柵格和矢量，以及空間數(shù)據(jù)，包括地形信息和地貌數(shù)據(jù)等。基于GIS的公路選線設(shè)計(jì)，因?yàn)槟Ｐ筒煌?，方法多樣?，F(xiàn)結(jié)合數(shù)字高程建模法，進(jìn)行如下分析。

2.2 數(shù)字高程建模法的應(yīng)用

（1）建模。在礦山道路選線設(shè)計(jì)中，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，使用數(shù)字高程模型，對(duì)礦區(qū)地面原始地形進(jìn)行描述，能夠提高設(shè)計(jì)的效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行DEM構(gòu)建時(shí)，因?yàn)橹挥杏邢迋€(gè)離散點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量高程數(shù)據(jù)，其余空白區(qū)域需要依靠空間插值運(yùn)算，進(jìn)而獲得近似值。礦區(qū)地表地形作為礦山公路選線設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，其直接影響著公路設(shè)計(jì)?；诖?，依托地理信息系統(tǒng)，先要構(gòu)建礦區(qū)地表地形模型。模型的構(gòu)建，基礎(chǔ)資料為礦區(qū)地質(zhì)勘察資料。現(xiàn)階段，地質(zhì)勘查單位多使用地質(zhì)資料管理系統(tǒng)，比如MapGIS，能夠自動(dòng)生成數(shù)字地質(zhì)地形圖，為礦區(qū)地表地形模型的構(gòu)建，提供了有力的條件[1]。

（2）實(shí)現(xiàn)方式。依據(jù)礦山道路選線設(shè)計(jì)基本原理以及方法，采用礦區(qū)DEM進(jìn)行定線，其本質(zhì)上是依據(jù)地形坡度和坡向等，明確礦山道路的具體走向。結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)際需求，可采取以下實(shí)現(xiàn)方式：先按照一定高差，利用礦區(qū)DEM，制作等高線圖，需要保證足夠的精度。接著在等高線圖上，利用等步距搜索，搜索臨近高程點(diǎn)。

目前，在礦山道路選線設(shè)計(jì)中，可利用的地理信息系統(tǒng)軟件類型較多，以Arcgis為主，其憑借自身較強(qiáng)的地理信息處理分析能力，被廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合運(yùn)用CAD軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山道路選線設(shè)計(jì)。利用Arcgis10.0軟件的數(shù)字高程模型構(gòu)建功能，能夠生成礦山數(shù)字模型。不過(guò)其二維制圖能力不足，因此需要結(jié)合運(yùn)用CAD軟件，生成路線平面圖。實(shí)現(xiàn)思路如下：使用Arcgis10.0軟件，建立礦區(qū)地形DEM，生成等高線圖，生成極限為柵格大小。接著，使用CAD軟件的自主匯編語(yǔ)言VBA，進(jìn)行程序編寫(xiě)，設(shè)計(jì)一個(gè)交互式窗體設(shè)計(jì)界面。當(dāng)明確公路路線設(shè)計(jì)起點(diǎn)、中間控制點(diǎn)以及終點(diǎn)后，向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，輸入設(shè)計(jì)縱向坡度，獲得縱坡條件下的礦山道路選線設(shè)計(jì)方案[2]。

為了選到能夠達(dá)到坡度要求的控制點(diǎn)，建議采取反復(fù)作圓的方式。選定礦山道路路線的起終點(diǎn)、中間控制點(diǎn)以及縱向坡度后，基于使用Arcgis10.0軟件建立的DEM模型提取的等高線圖，在CAD軟件制圖環(huán)境中，以起點(diǎn)作為第一個(gè)圓的圓心，依據(jù)經(jīng)過(guò)單位高差換算出的平面投影長(zhǎng)度為半徑，制作第一個(gè)圓。接著，從起點(diǎn)到終點(diǎn)的方向，綜合考慮每條等高線，以前一個(gè)圓以及與其相應(yīng)的等高線的交點(diǎn)為圓心，以單位平面投影長(zhǎng)度為半徑，制作其他的圓，反復(fù)進(jìn)行上述畫(huà)圓操作，直至線路終點(diǎn)。上述操作完成后，將所記錄的所有交點(diǎn)作為控制點(diǎn)。將起終點(diǎn)和上述控制點(diǎn)逐一相連，即形成了初選的道路中心線。在作圓時(shí)，可能有多個(gè)交點(diǎn)，對(duì)于交點(diǎn)的選擇，按照兩點(diǎn)之間直線最短的理論。先連接公路起點(diǎn)和終點(diǎn)，在縱坡條件滿足要求的前提下，上述起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的連線即可作為選定的道路中心線。如果縱坡條件不滿足要求，則按照就近原則，選擇靠近起終點(diǎn)的連線的交點(diǎn)作圓。在選擇時(shí)，以?shī)A角大小為指標(biāo)，夾角越小，則證明越靠近道路起終點(diǎn)連線，道路工程量越小。

3 礦山道路選線設(shè)計(jì)實(shí)例分析

以A礦山公路建設(shè)項(xiàng)目為例，道路等級(jí)為三級(jí)，長(zhǎng)度為8840m?；诳尚行匝芯繄?bào)告以及地質(zhì)實(shí)際情況等資料，確定道路參數(shù)如下：①道路路面寬是25m；②路基寬是30m；③最大縱坡是7%；④最小轉(zhuǎn)彎半徑是45m；⑤挖方邊坡為1:0.5；⑥填方邊坡為1:1.5。在道路選線設(shè)計(jì)中，使用Arcgis10.0軟件，構(gòu)建出礦區(qū)DEM模型?；谏傻牡雀呔€圖，將山頂設(shè)為起點(diǎn)，以山下公路入口為終點(diǎn)，使用CAD編制的程序，利用計(jì)算機(jī)快速制作在縱坡要求下的礦山道路路線方案。利用計(jì)算機(jī)，能夠自動(dòng)繪制出道路路線，顯示為綠線和紅線。1號(hào)線是10%縱坡條件下的礦山道路路線；2號(hào)線是9%縱坡條件下的礦山道路路線。從應(yīng)用效果來(lái)說(shuō)，利用地理信息系統(tǒng)，包括Arcgis10.0軟件和CAD軟件等，進(jìn)行礦山道路選線設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)定道路縱坡條件下自動(dòng)繪制道路路線。

圖1 基于地理信息系統(tǒng)進(jìn)行道路選線初步效果圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，依托地理信息系統(tǒng)構(gòu)建礦區(qū)DEM模型，基于DEM模型進(jìn)行礦山道路選線設(shè)計(jì)，能夠在缺少詳細(xì)地形地質(zhì)資料的情況下大大提高設(shè)計(jì)效率，確保路線選擇的經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)合理性。

[1]張俊,羅瑩琳.GIS在公路路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].交通世界,2016(32):6-7.

[2]黃其沖,胡俊,肖飛.地理信息系統(tǒng)在礦山公路選線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2014(3).