我国矿山测量学科的发展与创新.pdf

文章编号04942091120050220001206中图分类号TD17 文献标识码B 我国矿山测量学科的发展与创新 汪云甲,郭达志,邓喀中,卞正富,吴立新,张书毕,杜培军 中国矿业大学 环境与测绘学院,江苏 徐州221008 The Development and Innovation of Mine Surveying in China WANG Yun2jia , GUO Da2zhi , DENG Ka2zhong , BIAN Zheng2fu , WU Li2xin ,ZHANG Shu2bi , DU Pei2jun 摘要综述我国矿山测量学科3S技术在矿山的应用、 数字矿山、 开采沉陷与防护、 矿区资源环境信息与空间决策、 矿区土地复垦和 生态环境重建等方向的最新研究进展与创新成果。近年来,空间信息技术在矿山的应用日渐广泛和深入,数字矿山在不少矿区正 由理念变为行动,一些重要的国际及国内高层学术会议相继召开,矿山测量学科多个科研成果、 论著与学者获得国家级大奖。这 些都表明,这一交叉学科充满着生机与活力,研究领域正不断扩展与深化,学科地位日显重要。 关键词矿山测量;学科发展;创新;空间信息技术;数字矿山 收稿日期 2004208205 作者简介汪云甲19602 , 男,江苏建湖人,博士,教授,博士生导师,研究方向为资源信息与管理、 地理信息工程。 矿山测量学是综合运用测绘、 采矿和地质等多 学科的理论、 技术与方法,研究矿产资源勘查、 规划 设计、 建设开发和生产经营过程,从地面到井下,从 矿体煤层到围岩,从静态到动态的空间信息采 集、 处理、 表达、 利用,据此解决资源合理开发与资源 环境保护问题的一门科学技术。我国是一个矿业大 国,可持续发展及利用信息技术改造传统产业的要 求给本学科的发展提出了机遇与挑战,使其研究领 域及重要性不断得到扩展与增强。近一、 二年我国 矿山测量学科多个科研成果、 论著与学者获得国家 级大奖,空间信息技术在矿山的应用日渐广泛和深 入,数字矿山愈来愈得到各方面的高度重视,在不少 矿区正由理念变为行动,一些重要的国际及国内高 层学术会议相继召开,测绘高新科技与矿区资源环 境监测及保护的交叉、 渗透越来越显示出其潜能和 应用前景。这些都表明,矿山测量这一交叉学科充 满着生机与活力,学科地位日显重要。 一、3S技术在矿山的应用 以3S技术为核心的空间信息技术在矿山的应 用研究,目前仍主要集中在矿区生态环境与土地资 源损害的监测及其分析、 评价等方面。近年来有关 学者创新性地研发了以GPS技术做矿区基准,3维 定位高、 中空间分辨率卫星遥感图像为主要信息源, GIS技术方法为矿山空间数据存储及动态分析手段 的煤矿区土地资源与生态环境损害的宏观地貌景 观和土地利用变化综合监测和分析评价的综合技 术;在矿区地面塌陷监测中,基于航空、 多光谱遥感 信息进行塌陷地提取分析的研究继续得到发展,在 塌陷地遥感影像识别特征等方面结合不同矿区实际 取得了一些新的应用成果,针对单一从遥感影像中 提取和识别塌陷地存在的不足,提出了将地理信息 系统和领域知识应用于不同地物特征和地表形态 有或无积水和不同积水深度、 矸石山等的塌陷土 地信息提取,取得了较好的效果;在面向矿山应用的 遥感信息处理方面,人工神经网络、 遗传算法、 专家 系统等得到了初步的应用,为信息处理水平的提升 奠定了良好的基础。 中荷合作 “中国北方煤田自燃环境监测” 项目应 用遥感技术首次全面系统地掌握了中国北方煤田自 燃灾害分布、 区划、 等级及危害程度,提出了煤田火 区遥感技术探测方法和工作程序,建立了中国北方 煤田火区计算信息系统,并将图像处理技术和地理 信息系统技术有机地结合起来,为各级政府对煤火 的防治决策、 为灭火工程设计施工、 监测提供了现代 化方法和手段。 “宁夏汝箕沟煤田火区环境监测与 治理” 项目则首次选用卫星遥感、 航空遥感、 地面遥 感和地球物理的高分辨率电导成像系统和高精度磁 力仪、GPS数据采集系统,结合火区钻孔和火区剥 离手段,进行地下、 地面、 航空、 航天4层空间遥感同 步试验,完成了煤田火区燃烧中心、 燃烧系统和火区 的系列研究,煤田火区遥感探测与监测方法研究,煤 田火区灭火工程及环境治理研究,并开发出适用于 煤田火区动态监测与治理的 “煤火系统” 软件。中德 科技合作 “中国北方煤火探测、 灭火与监测新技术研 究” 项目正式启动,标志着我国煤火探测、 灭火与监 12005年 第2期 测 绘 通 报 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 测技术体系的建设进展到一个新的阶段。该项目以 内蒙的乌达煤田、 古拉本煤田和宁夏的汝箕沟煤田 为研究区,内容包括科研管理与协调、 自燃环境条件 研究、 火区的几何学与动力学研究、 灭火新技术研 究、 区域环境影响评价、 预防监测与早期预警等6个 方面。 “矿产资源开发遥感动态监测” 项目利用不同 分辨率卫星数据对试验区矿产资源开发及其引发的 生态环境问题进行了深入细致的研究,取得了成功, 使我国延续多年的矿产资源开发利用状况逐级统计 上报制度逐步被遥感动态监测所替代。有关高校基 于3S技术,完成了教育部 “211工程” 重点学科建设 项目 “矿区生态环境监测与治理”,突破了只在矿区 地面和地下采集环境污染、 破坏数据的传统方式,创 立了地空一体化的矿区环境动态综合与治理的理论 与工程技术体系,得到了有关方面的高度评价。一 些学者自行集成了高分辨率全数字地面摄影测量数 据采集系统,并基于DL T算法开发了专用数据处理 软件。实践表明,这一系统特别适合于各种危险区 域如塌陷区、 滑坡体等3维坐标的测定,并能取得较 高的精度。 我国矿山测量科技工作者在野外地震地质调查 和典型岩石采样的基础上,利用热红外成像仪进行 了大量的热红外遥感监测基础实验实验条件包括 岩石单轴压缩、 岩石压剪、 岩石双剪摩擦滑移、 断块 组合双轴加载 , 并与声发射、 干涉云纹、 数值模拟和 分析等手段进行对比研究和分析,发现了一些重要 的物理力学现象,得到了一批定性定量结果。将实 验结果与地震卫星热红外遥感相结合,对台湾、 张 北、 伽师等地震进行了地震短临卫星热红外遥感异 常的时空过程分析,取得了满意的结果,其中岩石压 剪和组合交汇断层剪切过程的热红外成像实验属国 内外首创,丰富和发展了 “遥感2岩石力学” 这一新型 交叉学科,引起了较大反响。我国学者还提出了遥 感图像地质解译3维可视化及影像动态分析新方 法,该方法综合利用3S技术、 遥感图像数字处理技 术、 虚拟现实和全数字摄影测量等高科技。通过遥 感图像的正射影像处理、 多类型遥感图像数据融合、 高精度DEM生成和影像复合等工序,按照一定比 例尺和飞行路线生成测区的虚拟3维影像动画系列 图,以解决高原区数字区调工作者面临的实际问题, 弥补其不足。 GPS在地表变形监测等方面的研究得到进一 步深入,卫星测地技术与矿山压力、 岩石力学性质等 相结合进行矿山井筒变形分析的研究取得了实质性 进展。我国矿山测量科技工作者根据矿山变形监测 的实测资料结合理论分析研究,论证了卫星几何分 布对GPS基线精度的影响规律,提出在矿区地面形 变测量中对GPS卫星几何分布的一些要求;根据矿 山地表岩石移动观测的实际特点,分析研究GPS星 际历元二次差拓展模型在该领域的应用前景;研究 GPS基线向量的解算方法,分析GPS基线向量之间 的相关性,推导出合适的GPS精度估算公式;根据 矿区控制网坐标转换实际需要,研究WGS284坐标 系与我国国家大地坐标系以及矿区独立坐标系之间 转换的相关问题,提出网格分区转换法和基于De2 launay三角网的游动9参数坐标转换法。GPS2In2 SAR作为InSAR与GPS这两种探测技术的互补合 成,能够发挥其各自优势并将在矿区地面沉降形 变领域展现出高空间覆盖与亚毫米级高精度探测 的巨大潜力,已引起了有关高校与科研单位的高度 重视。目前正着力研究InSAR和GPS数据融合并 应用于实践的基本理论和算法,试图通过D2InSAR 与GPS及其他常规大地测量技术的结合,提出矿区 的地面移动及变形特征分析新方法。 我国一些大型金属矿山和露天煤矿成功应用了 卡车计算机调度系统进行矿山生产的指挥调度。该 系统借助无线通信和GPS卫星定位系统,将安装在 卡车、 电铲、 钻机、 破碎机等设备上的车载计算机收 集到的各种数据如设备状态、 载荷、 位置等和边坡 监测数据实时地传送到中央计算机,由中央计算机 进行处理和调度,用数字化通信系统和信息系统把 现场各种设备平台与各工种班组、 岗位连接起来,最 终建立起一条数字化生产指挥控制链,较好地解决 了车铲设备的最佳配合和设备中途出故障后的动态 重组等问题,提高了设备的台时效率,实现了采矿作 业的最优化,钻机管理部分利用高精度GPS定位系 统,实现了爆破孔的自动定位。江西某铜矿运用该 技术,通过优化卡车运行,实现电铲、 卡车、 钻机定 位;采用维修跟踪、 边坡监测、 辅助设备跟踪、 轮胎管 理、 配矿等大量辅助有效功能,大幅度提高采矿劳动 生产率,年经济效益在1 000万元以上;鞍钢集团齐 矿露天采场采用了GPS卫星智能调度系统采矿,主 要设备汽车的利用率提高了5 ,年可创效500万 元;内蒙古伊敏煤电公司一露天矿运用GPS车辆调 度系统则提高年产量8 。我国学者还运用计算 机、 软件工程、 通信网络、 自动控制、GPS和水下定 位等技术,研制成功了用以控制和监视海底作业车 的全部运行和采矿作业过程的自行式海底作业车监 控系统。在矿料场的体积测量与重量计算工作中, 有关单位针对工程测区范围大、 矿料种类多、 分布广 2 测 绘 通 报 2005年 第2期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 等特点,采用GPS实时动态差分测量技术完成了这 项工作。 GIS在矿区的应用研究继续得到发展。主要体 现在GIS国内外商业软件的二次开发与自主开发 软件的应用程度不断深化、 应用领域不断拓宽,主要 涉及矿山地测信息系统、 矿产资源开发规划系统、 地 质数据库系统、 矿山地质灾害信息管理与查询系统、 塌陷损害评价系统、 安全生产调度指挥系统等专业 信息系统的开发研制,基于GIS的矿区资源评价与 规划、 开采沉陷环境影响评价、 土地复垦规划、 煤岩 煤质资料分析、 矿井地质构造及煤矿底板突水预测、 煤矿通风网络表达、 矿体实体模型建立、 地质信息提 取、 空间数据挖掘SDM与其不确定性,以及在资 源分析评价中的应用等方面,基于3S的地质调查 数字填图技术,使传统的笔记簿被具有GPS导航、 图形显示、 漫游、 路线显示及定点图形编辑功能化的 新一代电子笔记簿所取代,可以用计算机语言对野 外路线观测的全过程进行精确的定量化描述,还可 显示3维数字高程模型、 遥感图像、 航空图像,直接 在野外勾绘地质界线,使地质图的绘制效率大大提 高,最高可达10倍;矿山3维数据结构、3维地学模 拟及地学信息的本体论ontology等方面的研究进 一步深入,包括3维GIS数据结构、VR与可视化、3 维地学模拟、3维地学空间构模、 多维动态GIS的空 间数据建模、 处理与分析及矿井3维立体图计算机 绘制等;GIS在矿山的应用理论研究水平逐步得到 提高,涉及矿图扫描图像要素的提取、 图像数据的矢 量化和后处理,矿图数字化质量、 矿山GIS空间数 据质量评价、GIS中空间对象的不确定性、 误差熵不 确定带模型等方面;GIS的应用逐步从数据管理、 查 询、 制备向空间模拟、 预测与决策支持过渡,如应用 于矿产资源预测、 成矿靶区圈定、 瓦斯动力灾害预 测、 地面塌陷模拟、 矿区土地复垦及矿山环境可持续 发展决策支持等,研究涉及到了知识获取、 推理机 制、 决策模型等关键问题;GIS与矿山管理业务化系 统逐步结合,顺应电子政务、GIS与办公自动化结合 的趋势,GIS在矿山的应用也逐步从主要局限于地 质、 测量等领域逐步与矿山业务化系统结合,从而服 务于矿山管理;实用化的矿山地理信息系统逐渐在 相关矿山得到推广,组件式开发技术得到广泛应用。 二、 数字矿山理论与技术 构建数字矿山,以信息化、 自动化和智能化带动 采矿业的改造与发展,已成为矿业界的共识,建立数 字矿山、 实现矿区资源绿色开发利用被认为是走矿 产开发新型工业化道路的必然途径和两大关键,也 是未来若干年内矿业界关注的热点与奋斗目标,中 国科协主办了以数字矿山战略与未来发展为主题的 青年科学家论坛,来自我国高校、 科研院所及生产单 位的26位青年专家参加了活动,其中包括2位中国 青年科技奖获得者,2位全国优秀博士论文奖获得 者,1位长江学者特聘教授,1位全国优秀教师以及 多位国家百千万人才工程的入选者,国家杰出青年 科学基金项目、 国家 “863” 、“973” 计划的项目或课题 负责人,与会学者一致认为数字矿山建设是一个复 杂的系统工程,应结合我国矿山企业信息化现状和 实际需要,宏观把握、 统筹规划,分阶段、 分步骤地稳 步推进,数字矿山基本框架应由核心系统、 数据采集 系统、 决策支持系统、 调度监控系统、 管理信息系统 以及应用系统等多部分组成,应从基础理论与模型、 矿山空间信息的数字化及矿山数据仓库建设、 矿山 网络传输平台、 各种相关业务流程、 专业综合软件等 几方面进行总体建设。塔里木宽带IP技术的数字 油田示范系统研究被列入国家 “十五” 攻关项目,胜 利油田计划8年内建成 “数字油田”,有关学者在诸 如数字矿山的基本特征与总体架构,矿山数据仓库 及数据挖掘技术、 矿山多源元空间信息融合集成 技术、 矿山数字化规划、 设计与优化技术、 矿山3D 拓扑建模与分析技术、 矿山虚拟现实模拟与可视化 仿真技术、 矿井综合监控与多媒体通讯技术、 地下快 速定位与自动导航技术、 智能采矿与高效安全保障 技术、 矿山系统工程与多目标决策理论与技术、 矿山 3S ,OA ,CDS五位一体技术等关键技术,数字矿山战 略实施对策与方案,数字矿山示范工程建设等方面 做了不少工作,取得了一些阶段性成果。一些数字 矿山技术已得到较好应用,如山西晋城市建成了由 158个高瓦斯煤矿、30多个乡镇、6个县市、 区、 一 个直属上市公司和市局构成的煤矿安全广域网络 Web GIS动态实时多级监管系统,将全市煤矿地 质、 测量、 采掘、 生产、 运输、 通风、 机电等环节,建立 数据库,直接在计算机屏幕上进行工程设计、 计算、 检测、 生产跟踪、 调度管理和信息查询,利用矿井监 控系统和先进的光纤联络方式,实现了全市煤矿远 程瓦斯监测分析、 越界开采监督、 瓦斯隐患查询、 通 风状态查询和安全调度管理。系统自投入使用以 来,事故起数、 死亡人数和直接经济损失分别下降 10. 5 、64. 6 和51. 4 。黑龙江省七台河矿业精 煤集团建成了辐射全公司9大矿的基于数据、 音频、 视频于一体的煤矿信息化网络系统,初步实现了安 全监控、 生产、 经营、 综合业务信息化管理功能,在远 32005年 第2期 测 绘 通 报 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 程的网络终端上可以随时查询各矿瓦斯、 通风实时 数据及井巷道风流、 风速、 风量实时数据,查询瓦斯 综合报表、 瓦斯变化趋势分析曲线、 井下传感器动态 示意图、 地质图、 煤田巷道分布3维立体图,举行电 视电话会议、 多媒体会议。开滦集团已完成了集 团公司宽带网建设,开发了集团公司以及下属单位 的综合信息发布和查询系统、 生产调度系统、 电子邮 局内外通集成系统、 医疗保险系统、 企业资源计划 ERP系统、 井下监测信息系统、 办公自动化系统、 视频会议系统,建立了开滦集团商务网站,开发和实 施了地测绘图、 沉陷预计、 矿井3维地震勘探与地质 解译、 设备管理、 采区日清日结、 工资管理、 人力资 源、 全员劳动合同管理、 职工档案管理等应用软件。 各矿主要生产矿图、 交换图已完成数字化,部分矿井 已完成了MGIS系统建设,形成了数字矿山的雏形。 三、 开采沉陷与防护 地下固、 气、 液体开采,导致岩层及地表移动变 形,由此引起一系列的生态环境灾害。多年来,我国 矿山测量工作者以测绘及其相关学科的理论为指 导,以规律研究为基础,以控制地面沉陷和保护建 构筑物为目标,形成了不同矿山地质条件及开采 方法的开采沉陷与防护理论及方法体系,处于国际 先进水平。目前,以信息论、 系统论、 人工神经网络、 突变论等非线性科学为基础,结合非线性动态力学, 建立矿山开采沉陷的非线性预测理论已成为该领域 研究的主流。我国学者针对采动岩体移动破坏特 性,建立了将覆岩、 采场围岩、 表土层作为统一力学 体系的动态力学模型,实现了连续、 非连续介质之间 的有机联系。该模型与传统的力学模型相比,能计 算岩层与地表移动动态移动、 岩体的破裂高度、 离层 时空发育位置、 顶板断裂步距。开发了岩层破断过 程分析系统,与传统的数值计算方法相比,体现了材 料破坏后非线性变化特征及不可逆性,使结果更符 合实际。将矿山开采对岩体破坏视作一个力学的演 变过程,据此建立了相应的理论体系和在3维条件 下进行数值计算的方法,并获得了3项有自主知识 产权的新发明。采用神经网络建立开采沉陷预测参 数模型,使得在预测参数选取中考虑的地质采矿因 素更多、 更全面、 更合理,得到的参数更符合实际。 将突变理论应用于条带煤柱稳定性分析,建立了条 带煤柱突变理论模型,得到了当核区宽度小于煤柱 宽度11. 92 时,条带煤柱将产生突变失稳。针对 离层注浆后地表沉陷预测问题,提出了基于注采比 的地表沉陷预测方法,使离层注浆地表沉陷预测更 合理。提出了考虑倾角变化的矢量预计模型及其参 数分析方法,使得模型对于小倾角和大倾角煤层均 具有良好的适应性,能够模拟和描述包括直立煤层 在内的任意倾角急倾斜煤层开采沉陷的地表移动与 变形分布形态,扩展了现有预计模型的应用范围。 在开采沉陷控制方面,采用充填技术控制地表沉陷 越来越受到人们的重视,特别是近年来提出的似膏 体充填技术由于充填材料流动性好、 含水量少,充填 程度高、 成本低等而得到广泛的研究,在充填材料配 比、 充填工艺等方面的研究明显增加,并已开始进行 现场试验。在采动区建筑物设计和保护方面,重点 研究了采动区建筑物地基、 基础、 结构协同变形的理 论、 应力分布规律及抗采动变形措施,提出了采动区 建筑物地基、 基础、 结构协同作用模型,该模型集采 动区建筑物地基反力、 建筑物移动变形和附加内力 计算于一体,为采动区建筑物设计提供了计算工具; 同时针对开采对建筑物的损害带来的工农关系矛 盾,提出了建筑物裂缝角的概念,采用裂缝角留设保 护煤柱可避免建筑物的损害。在水体下采煤研究方 面,重点研究了露头区煤柱导水裂缝带规律的变异 性、 断层对导水裂缝带高度的影响、 综放开采导水裂 缝带高度的变化规律。通过对水体下放顶煤开采的 不断探索研究与生产实践,提出、 应用并完善了水体 下采煤覆岩类型的多因素多指标分类法,开发了水 体下采煤可视化预测分析软件,初步形成了放顶煤 开采条件下的露头煤柱设计理论与方法,其中保护 层厚度的选取准则以及所采取的开采技术措施和防 水安全措施等都具有新的特点,既最大限度地提高 了回采上限,又保证了矿井生产安全。近年来还开 展了孔隙裂隙岩体与渗流特征研究,为促进工作面 涌水量预计这一世界难题的解决进行了必要的探 索。覆岩破坏探测始终是水体下放顶煤开采中不可 缺少的重要内容,目前正由传统的冲洗液漏失量观 测的单一技术向着钻孔电视、 钻孔超声成像、 钻孔声 速、 数字测井等测井手段与冲洗液漏失量观测相结 合,电法探测、 雷达探测、 地震探测、 瞬变电磁法探测 等物探手段与钻探相结合,微震监测技术与专业解 释相结合等方向发展。覆岩探测技术与新技术手段 的结合更加紧密,如EH4电磁法等新的探测系统将 会被不断地引入到覆岩破坏探测领域,既可以减少 钻探工程量和降低钻探工程费用,又有利于提高探 测效果。 四、 矿体几何与矿产经济 该方向在使传统的矿体几何学科向资源信息与 4 测 绘 通 报 2005年 第2期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 资源经济拓展,在综合运用现代测绘技术及多学科 知识解决资源开发技术与管理难题方面取得了重要 进展,创造性地将资源条件评价预测、 技术经济分 析、 开发开采决策连为一体,形成了颇具特色的理论 与方法体系,实现了评价与管理的一体化、 计算机 化、 实时化,实用化,使矿山开采由经验决策向符合 市场经济要求的科学定量的发展阶段推进,产生了 重大的社会经济效益。在煤炭资源经济可行性评 价、 矿产资源开发管理及资源资产化管理、 煤炭工业 可持续发展、 地质采矿条件评价、“三量” 与采掘关系 等方面成果丰硕。近年来,基于资源价值理论及现 行资源补偿费征收标准,通过理论分析和计算机模 拟,给出了 “三下” 开采资源补偿费减征的理论依据, 提出了 “三下” 开采资源回收难度综合评价模型、 补 偿费征收模型、 合理采出率等有关参数的确定模型, 研究了 “三下” 边界及压煤量、 采出率快速准确确定 方法,设计开发了 “三下” 开采评价与资源补偿费征 收程序系统,为搞好 “三下” 开采及补偿费征收提供 了理论与方法指导。基于现行放顶煤开采采出量及 采出率确定方法,推导出了这种工艺采出量及采出 率计算值的误差估计模型。根据实际数据,得到了 3种采样方式、 不同采样间距与上述参数估计误差、 采出量相对误差的关系,为放顶煤开采采出量及采 出率的测算标准制定提供了依据及途径。系统开展 了矿产资源安全及矿区资源环境安全研究,正着手 建立基于3S的矿区资源环境安全评价与空间决策 支持系统,以期对矿区资源环境安全进行动态评价、 模拟、 预测与做出调控。 近来该领域的研究更多的关注了如何将空间信 息技术与资源环境专业模型结合,构建空间决策支 持系统,以指导矿区资源合理开发利用,实现矿区可 持续发展。近一、 二年相继开发或研究了数种矿产 勘查、 开发决策支持系统。基于GIS与遥感一体化 技术的矿产资源区域综合评价系统,该系统集多源 数据库数据的获取、 管理、 查询、 处理、 分析、 建模和 制图于一体,具有解决多源地学数据复杂的管理,查 询、 建模、 快速综合处理和分析问题的能力。基于模 糊推理和神经网络的采矿方法智能决策系统,该系 统引入了人工智能、 专家系统、 人工神经网络和计算 机辅助设计等技术,将矿体的赋存条件转化为模糊 知识和模糊规则,运用模糊推理专家系统初选可行 方案,用人工神经网络对可行方案的技术经济指标 进行预测,通过群体多目标决策,优选出实施方案。 智能型矿产项目投资决策支持系统,该系统试图将 数据仓库、 联机分析处理、 数据挖掘技术有机地结合 起来,既完成传统决策支持系统的辅助决策功能,又 通过数据挖掘来提高系统的智能性。采矿权管理空 间决策支持系统,该系统通过计算机网络实现了采 矿权和资源管理的计算机决策,能最大限度地减少 人为因素的影响,包括数据信息一致性检查,采矿影 响范围的计算,采矿影响地面建筑物的自动提取,采 矿证是否该发等功能,等等。与此同时,也引进了一 些国外著名软件系统,如GOCAD ,Surpac Vision等, 一些单位正对这些软件进行消化、 吸收、 改进与使 用。 五、 矿区土地复垦和生态环境重建 近十多年来,我国矿山测量科技工作者将测绘 与矿山生态学、 土地经济学、 环境科学、 土壤学有机 结合,开拓出了矿区土地复垦和生态环境重建方向, 取得了众多国际先进或国内领先的成果。近年来发 展研究的主要特点是,将现代数字化监测、 探测技术 加以创新发展与应用,包括3S技术、 数字近景摄影 测量技术和探地雷达技术在矿区地表形变及复垦土 地、 土壤的物理、 生化特性演变监测中的应用研究, 促进了这一研究领域的深入与拓展。有的学者创立 了以 “分层剥离、 交错回填” 为核心的土壤重构原理、 方法和数学模型,并运用这一原理革新了泥浆泵复 垦工艺;提出了拖式铲运机复垦新技术和挖掘机 四轮翻斗车复垦新技术,以及总结了横跨采场倒堆 的露天采矿 复垦一体化工艺,特别是研制了薄表 土含砂礓困难条件下的塌陷地复垦技术,解决了治 理中构造适宜土壤介质的关键技术问题;提出了以 “配土栽植” 为核心的煤矸石山无覆土绿化技术和复 垦土壤生物改良和添加改良剂改良的实用技术,解 决了迅速恢复植被与生产力的关键技术问题;提出 了土地生态环境损害治理的综合技术体系,包括监 测预测、 管理、 规划、 工程和生物改善5大技术方法, 并在管理技术上提出了复垦管理新模式和重建效果 质量验收评价新方法;较为系统地论述了复垦土 地生产力与生态系统界面的一些主要特性,分析了 影响复垦土地生产力的要素、 提出了复垦土壤生产 力指数的修正模型和复垦土地生产力的熵流模型, 讨论了矿区水土流失的表现形式和控制方法,提出 了复垦土地系统的能物流模型,讨论了矿区景观 格局变化与复垦控制方法;对不同复垦对象、 不同复 垦措施引起的环境效应开展了专题研究,按照土地 开发复垦的环境效应一部分与土地开发复垦的对象 没有直接关系,另一部分则与土地开发复垦对象直 接相关的思路,开展了土地环境条件对选择土地利 52005年 第2期 测 绘 通 报 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 用方式的影响、 人类活动如工农业生产对土地环 境的影响、 土地开发复垦整理活动本身对生态环境 的影响3个层次的研究,为改善复垦区域生态环境 质量和土地生产力水平提供了依据,改变了过去只 重工程复垦而轻视环境效应的现象;将矿区土地复 垦与生态环境恢复整治有机地结合为一体开展研 究,构建了矿区土地复垦的理论模型,包括复垦土地 质量评价、 复垦土地空间变化、 复垦土地生态系统物 能流模型等,为矿区土地复垦技术创新提供了理 论依据;提出了设置隔离层的原则与多种隔离层的 设置形式,将景观生态学原理应用于矿区土地复垦, 提出了复垦区廊道建设的原理与建设方法,将GIS 技术用于矿区景观设计,实施了济宁3号煤矿边排、 边复、 边种示范工程,有效地防止了水土流失,保持 了边坡稳定;复垦土壤重构技术有了重要进展,如粉 煤灰充填复垦土壤元素淋溶实验研究、 煤矸石充填 复垦区土壤污染规律及复垦利用试验研究等成果; 利用开采沉陷与土地复垦技术方面的最新成果,指 导了国家发展与改革委员会实施的老矿区生态环境 综合整治工程,为阜新、 淮南、 沈阳等多个矿区采矿 引起的地面破坏评估与整治提供了具体的技术指 导,同时,利用GIS与GPS技术为国土资源管理部 门开展的土地开发整理重点工程提供了资源调查、 项目可行性研究与规划设计服务,拓展了矿山测量 的应用面,产生了可观的经济效益与社会效益。 参考文献略 测量员之窗 大比例尺数字化地形图斜坡坎绘制的一种算法 收稿日期 2004206222 作者简介曹凌云19642 , 男,湖南双峰人,高级工程师,主要从事测绘技术管理、 测量数据获取与处理研究。 一、 引 言 在许多大比例尺地形图成图软件中,对斜坡坎 的绘制还普遍存在一些问题,有些地方长短线打架, 有些与图式符号不相符,绘制不规范,如图 1 a 、 图 1b 所示。这样影响了作业效率与图面美观。本文 介绍绘制斜坡坎的一种简明算法。 图1 二、 绘制步骤 1.先定出坡顶线与坡底线; 2.计算坡顶线在拐角点J1,J2,⋯ 的角平分线, 并计算各角平分线与坡底线的交点J1′,J2′,⋯; 3.连接J1J1′,J2J2′,⋯,绘出角平分线,如图2 所示; 4.从坡顶线的起点处开始垂直坡顶线按步长 a计算斜坡线长短线 , 并计算长短线与坡底线或 最近角平分线的交点; 5.绘出各长短线,其中短线的长度按0.4的比 例绘制。 至于样条曲线斜坡坎的算法与未光滑前坎线的 算法一致,只考虑实测点位置的角平分线。 图2 三、 结束语 因为现场情况是复杂多变的,作为一个成熟的 数字化成图软件,在一些常规地物的绘制上应能适 应各种不同情况。用此法绘制斜坡坎,弥补了其他 方法的不足,符号绘制更加规范与美观。 参考文献 [1] 王来生,鞠时光,郭铁雄,等.大比例尺地形图机助绘图 算法及程序[M].北京测绘出版社,1993. 曹凌云 中国有色金属工业长沙勘察设计研 究院,湖南 长沙410011 6 测 绘 通 报 2005年 第2期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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