甘承萍

(1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061； 2. 青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810001)

0 前 言

地質(zhì)測(cè)量是一項(xiàng)艱苦的工作，對(duì)測(cè)量人員的身體素質(zhì)、知識(shí)水平以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性都有更高要求，地質(zhì)人員的工作量大，任務(wù)繁重，每完成一項(xiàng)工作都要耗費(fèi)很大的人力物力。所以，需要借助新技術(shù)來(lái)減少地質(zhì)人員的工作量，提高測(cè)量工作效率。GIS憑借其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用到地質(zhì)工作中，并起到了很大的積極作用，給地質(zhì)工作帶來(lái)了便利。

1 技術(shù)介紹

GIS是一種測(cè)量技術(shù)，能夠根據(jù)地理?xiàng)l件建立圖像展示系統(tǒng)，把收集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)以圖像形式表示出來(lái)，能夠幫助人們直觀了解到地質(zhì)狀況。因此，該技術(shù)不僅是在地質(zhì)工作中有重要作用，在其他的工程建設(shè)中也廣受歡迎。

該技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用較晚，在地質(zhì)工作中的應(yīng)用主要有三方面：管理數(shù)據(jù)、三維轉(zhuǎn)換以及空間分析。該系統(tǒng)可以和其他測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并建立三維模型，展現(xiàn)地質(zhì)狀況。

2 GIS應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 影響

GIS可以提高測(cè)量準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程。在應(yīng)用該技術(shù)以前，地質(zhì)人員通常是依靠人力測(cè)量，工作進(jìn)度緩慢，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，如果礦山規(guī)模較大，不僅需要更多人力和設(shè)備，而且測(cè)量難度大，人員管理和工作管理都有很大問(wèn)題。人工測(cè)量時(shí)，對(duì)地質(zhì)信息掌握有限，在遇到狀況不明、構(gòu)造復(fù)雜的地質(zhì)時(shí)，貿(mào)然進(jìn)入測(cè)量還可能發(fā)生意外，威脅工作人員安全，測(cè)量到的信息也不夠準(zhǔn)確[1]。而應(yīng)用了該技術(shù)后，可以提前測(cè)量和收集礦山信息，分析礦山地質(zhì)構(gòu)造情況，讓工作人員增加對(duì)工作環(huán)境的了解，在安全范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量工作。GIS具有初步分析能力，可以根據(jù)地質(zhì)信息來(lái)評(píng)估測(cè)量工作的過(guò)程、結(jié)果等內(nèi)容，分析測(cè)量工作的重難點(diǎn)部分。

2.2 優(yōu)勢(shì)

1)虛擬化

圖像可以幫助地質(zhì)人員更清晰地了解礦山信息，熟悉工作環(huán)境，GIS利用數(shù)字技術(shù)，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，用三維圖模擬礦山真實(shí)狀況，在虛擬圖像上模擬測(cè)量、開(kāi)采等，演示工作的具體操作內(nèi)容，可以提前看到工作中的難點(diǎn)問(wèn)題，清楚工作方案中存在的不足。通過(guò)這種虛擬操作，地質(zhì)人員不用進(jìn)行實(shí)地操作就可以確定科學(xué)的操作方案，避免了在工作中可能出現(xiàn)的重大失誤[2]。

2)精確化

GIS中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，成像接近礦山真實(shí)情形，對(duì)圖像的處理過(guò)程也與在礦山中的實(shí)際操作相近，可以根據(jù)圖像細(xì)化操作細(xì)節(jié)，使實(shí)際測(cè)量工作差異小，準(zhǔn)確性高，能夠反映出礦山地質(zhì)的真實(shí)狀況，提升了地質(zhì)工作的質(zhì)量，地質(zhì)人員有了更好的操作安全保障。

3)模型化

GIS可以根據(jù)地質(zhì)工作要求建立數(shù)據(jù)模型，得出不同的分析結(jié)果。比如，要分析礦山地質(zhì)狀況，模型就會(huì)根據(jù)這一需求分析數(shù)據(jù)，得出關(guān)于地質(zhì)信息的數(shù)據(jù)，比如該地區(qū)是否存在特殊類型的地質(zhì)等；要分析資源分布狀況，通過(guò)模型運(yùn)算就會(huì)得出各地區(qū)資源信息[3]。通過(guò)將數(shù)據(jù)模型化，可以幫助地質(zhì)人員快速得到目的信息，并在模型中將測(cè)量、開(kāi)采等工作內(nèi)容加進(jìn)去，可以利用模型幫助設(shè)計(jì)工作流程，確定方案。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 權(quán)限要求

地質(zhì)信息對(duì)我國(guó)的資源開(kāi)采、分配、利用等工作都很重要，在GIS中存有我國(guó)各地區(qū)的礦山地質(zhì)信息、資源信息、開(kāi)采信息等，這些信息不能被人隨意獲取，所以要在GIS系統(tǒng)中設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，對(duì)不同機(jī)構(gòu)和需求的人設(shè)定不同等級(jí)的權(quán)限，要求該系統(tǒng)中的用戶提供真實(shí)有效的信息，提高信息保護(hù)的安全級(jí)別，防止地質(zhì)資源信息被違法盜取。

3.2 數(shù)據(jù)保護(hù)

系統(tǒng)所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境容易受到不法分子的攻擊，威脅系統(tǒng)安全性，所以，要加強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性，設(shè)置安全警報(bào)，在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)受到攻擊時(shí)警示工作人員及時(shí)處理，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。

4 技術(shù)應(yīng)用

4.1 發(fā)展三維GIS

GIS的三維技術(shù)能夠存儲(chǔ)更大容量的數(shù)據(jù)，為地質(zhì)測(cè)量提供更多的測(cè)量信息，就像一只裝著所有工具的操作箱，工作人員可以從中提取各類地質(zhì)信息，測(cè)量工作變得更加容易[4]。三維GIS是在二維技術(shù)層面上研究改進(jìn)而來(lái)的，拓展了二維GIS的空間位置，增加了拓?fù)潢P(guān)系，利用Sketch UP這種3D軟件建立三維模型圖，這種建模方法具有量化性，符合數(shù)據(jù)實(shí)際情況。模型建立好以后，數(shù)據(jù)被導(dǎo)入Arc SDE數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用GIS系統(tǒng)三維模式中的拓展模塊來(lái)分析數(shù)據(jù)。這種技術(shù)能收集三維坐標(biāo)軸上所有方向上的數(shù)據(jù)，得到的地質(zhì)信息更“立體”，給工作人員提供了很大的參考價(jià)值。他可以適應(yīng)大多數(shù)地質(zhì)測(cè)量環(huán)境，適用性更強(qiáng)，對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集都有很高的準(zhǔn)確度，技術(shù)操作簡(jiǎn)便易學(xué)、效率高，所以相比于二維技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，在地質(zhì)測(cè)量中價(jià)值更大。

4.2 建立信息系統(tǒng)

在GIS技術(shù)上增加對(duì)礦山地質(zhì)信息的處理過(guò)程，形成礦山信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含與礦山有關(guān)的各類地質(zhì)信息，比如，礦山的地形狀況、礦山測(cè)量地點(diǎn)的環(huán)境條件、礦山測(cè)量的所有資料、測(cè)量的方法和手段、礦山被開(kāi)采的程度、礦井周圍及上下所有的地質(zhì)信息，礦山周圍的建筑情況、建筑對(duì)礦山開(kāi)采的影響等[5]。該系統(tǒng)將這些信息都準(zhǔn)確錄入數(shù)據(jù)中心，根據(jù)礦山種類分類存儲(chǔ)，可以快速查詢到各地區(qū)礦山周圍的地質(zhì)信息，提取和利用都很方便。該系統(tǒng)還可以對(duì)礦山的考察、勘探、開(kāi)采、生產(chǎn)到最終的管理、經(jīng)營(yíng)等過(guò)程的情況跟蹤記錄，更新整個(gè)過(guò)程中礦山地質(zhì)的變化信息，將變更后的數(shù)據(jù)傳入存儲(chǔ)中心并自動(dòng)代替已經(jīng)廢棄的信息數(shù)據(jù)，將變化過(guò)程通過(guò)圖示的方式表示出來(lái)，讓地質(zhì)工作者清晰地了解到礦山地質(zhì)的變化過(guò)程，便于他們研究和管理礦山信息。此外，該系統(tǒng)還可以和各類測(cè)量?jī)x器連接起來(lái)，比如GPS接收器、經(jīng)緯儀等，然后獲取儀器中的測(cè)量數(shù)據(jù)，增加測(cè)量?jī)x器的智能程度，隨著地質(zhì)信息的不斷變更，需要收集和處理的數(shù)據(jù)也會(huì)增多，該系統(tǒng)也會(huì)隨之不斷革新以適應(yīng)需求變化。

4.3 建立數(shù)據(jù)模型

GIS數(shù)據(jù)收集平臺(tái)包含數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)更新工具，包含了能夠顯示數(shù)據(jù)基本屬性的“倉(cāng)庫(kù)”文件，通過(guò)GIS前端技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)靠二維編碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交換，通過(guò)同碼符、數(shù)據(jù)附屬性質(zhì)、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)方向、軸線表示、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)框架、骨架線、注記信息等來(lái)定義GIS中的數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)從各類測(cè)量?jī)x器中收集到礦山信息后，建立模型，經(jīng)過(guò)模型分析，可以甄別出與一般地質(zhì)狀況不同的地質(zhì)信息，然后再結(jié)合從其他地質(zhì)數(shù)據(jù)中探究出來(lái)的規(guī)律，著重研究這些特殊的地質(zhì)狀況[6]。比如，該系統(tǒng)可以收集到礦山三維數(shù)據(jù)，然后建立三維模式的礦山模型，將礦山各個(gè)角度的地質(zhì)信息顯示在模型中，將礦山信息表達(dá)得一清二楚，能夠幫助測(cè)量人員快速劃定礦山范圍，確定具體位置，找到更多的資源，幫助和指導(dǎo)礦產(chǎn)的開(kāi)采和利用工作。

4.4 管理測(cè)量信息

測(cè)量信息包含內(nèi)容多，比如，測(cè)量過(guò)程中收集到的地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)、礦山資源分布范圍、開(kāi)采時(shí)礦山信息的變更、開(kāi)采進(jìn)度數(shù)據(jù)、周圍建筑信息及對(duì)開(kāi)采工作的影響分析、礦山整體信息的測(cè)量圖、紙質(zhì)材料以及系統(tǒng)電子檔案等。地質(zhì)人員通過(guò)這些信息可以了解到各地礦產(chǎn)的分布以及礦山地質(zhì)的普遍特征，從而可以分配已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源，并根據(jù)地質(zhì)信息推測(cè)可能含有礦產(chǎn)資源的礦山位置。然而這些信息數(shù)據(jù)量大，管理困難，需要一個(gè)統(tǒng)一便捷的管理平臺(tái)，GIS中的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間大，能夠?qū)⑦@些信息全部存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心，根據(jù)地區(qū)、地質(zhì)條件或者礦山種類，將它們歸入不同的類別，在查詢和提取時(shí)都更方便[7]。該平臺(tái)把所有的地質(zhì)信息都統(tǒng)一存儲(chǔ)在一起，使地質(zhì)人員在管理地質(zhì)數(shù)據(jù)時(shí)更加有條不紊，可以隨時(shí)通過(guò)該平臺(tái)了解礦山的測(cè)量、開(kāi)采等信息，并且該系統(tǒng)可以隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、變更，地質(zhì)人員可以借助該系統(tǒng)建立起一個(gè)連接全國(guó)的地質(zhì)數(shù)據(jù)管理中心，各地區(qū)的地質(zhì)人員可以實(shí)現(xiàn)信息互通和經(jīng)驗(yàn)共享，數(shù)據(jù)管理更方便、更系統(tǒng)。

4.5 建立資源系統(tǒng)

礦山資源系統(tǒng)可以利用數(shù)字技術(shù)建立礦山仿真圖，將礦山的地質(zhì)狀況、資源分布等信息通過(guò)計(jì)算機(jī)制成其三維模式圖，在此基礎(chǔ)上可以模擬礦山的測(cè)量、開(kāi)采工作，提前預(yù)計(jì)測(cè)量和開(kāi)采工作中的重難點(diǎn)，討論解決辦法?？梢酝ㄟ^(guò)該系統(tǒng)向所有的地質(zhì)人員演示測(cè)量工作和開(kāi)采工作的整個(gè)過(guò)程，讓他們提前了解操作內(nèi)容，熟悉工作環(huán)境，增加對(duì)地質(zhì)工作的可控性，簡(jiǎn)化地質(zhì)工作，保障地質(zhì)人員的工作安全。但是目前該系統(tǒng)還在研發(fā)，仿真圖的建立也還并未實(shí)現(xiàn)，但是GIS的三維技術(shù)已經(jīng)具有了預(yù)期的大部分功能，比如，展示礦山的三維模式圖、探測(cè)礦井下的資源分布、跟蹤記錄開(kāi)采過(guò)程數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)巷道模型、礦體模型等。在GIS基礎(chǔ)上不斷革新，將更多新型技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中，相信能很快建成全真模擬圖并實(shí)現(xiàn)其他功能，為地質(zhì)工作帶來(lái)更大的進(jìn)步和變革。

4.6 建立數(shù)據(jù)分析庫(kù)

礦山數(shù)據(jù)資料中有一種特殊的影像資料，比如衛(wèi)星圖、基本圖等類型，不易管理。GIS可以將這些資料轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式，和其他數(shù)據(jù)資料一起存入系統(tǒng)，資料類型不同，系統(tǒng)也會(huì)有不同的存儲(chǔ)方式[8]。在處理這些影像圖片時(shí)，系統(tǒng)可以建立坐標(biāo)系，將圖片保存在坐標(biāo)系中，不會(huì)破壞系統(tǒng)原有的格式和數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且根據(jù)數(shù)據(jù)類型建立自動(dòng)化的數(shù)據(jù)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，在下次遇到同類型的數(shù)據(jù)時(shí)，能夠按照預(yù)設(shè)好的存儲(chǔ)方式，將數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)中，快捷方便。GIS還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金礦地質(zhì)信息進(jìn)行分類編碼，如表1。通過(guò)這種編碼技術(shù)，可以對(duì)礦區(qū)地質(zhì)有更科學(xué)的認(rèn)識(shí)，快速了解礦區(qū)地質(zhì)類型。

表1 某金礦地質(zhì)信息分類編碼

5 結(jié) 語(yǔ)

在地質(zhì)測(cè)量中應(yīng)用GIS可以簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，提高測(cè)量準(zhǔn)確度，制定更完善、科學(xué)的工作方案，利用該技術(shù)可以建立地質(zhì)信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模型以及資源信息系統(tǒng)，幫助地質(zhì)人員管理地質(zhì)信息、分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并將結(jié)果通過(guò)圖像表示出來(lái)，工作人員可以更直觀、更清晰地了解地質(zhì)測(cè)量環(huán)境和操作過(guò)程，使地質(zhì)工作有了更大進(jìn)步。

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