基于网格化信息的数字矿山建设.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3DMine software applied in establishment of 3D mine geological model LIU Yun , GAI Jun2peng, LIU Ying Dagushan Iron Ore Mine of Anshan Iron digital mine ; 3D; 3DMine 收稿日期 2009 - 03 - 25 作者简介杨靖英1971 - ,女汉族 , 山东阳谷人,广东食品 药品职业技术学校讲师。 基于网格化信息的数字矿山建设 杨靖英1 宋会传2 赵春峰3 王田磊3 1 1 广东省食品药品职业技术学校,广东 广州510663 ; 21 河南省地矿局测绘队; 31 河南中化地质测绘院有限公司,河南 郑州450011 摘要通过分析数字矿山建设的需求,结合格网地图的获取技术,提出了格网地图在矿山建设的应用 前景。 关键词数字矿山;网格;信息 中图分类号 P 28/ TP 391178 文献标识码 A 文章编号 1671 - 8550 2009 05 - 0060 - 03 0 引言 数字矿山是数字地球在矿山开发中的进一步应 用,是在矿山范围内建立的一个以三维坐标为主 线,将矿山信息构建成一个矿山信息模型,描述矿 山中每一点的全部信息。按三维坐标组织,存储信 息,并提供有效、方便和直观的检索和显示技术。 使有关人员可以快速、准确和完整地了解及利用矿 山各方面的信息资源。从这个意义上讲,数字矿山 就是一个矿山范围内的以三维坐标信息及其相互关 系为基础而组成的信息框架,并在该框架内嵌入所 需要的信息系统。 当前信息技术中计算机处理速度和处理能力发 展迅猛,为数字矿山提供了强大的技术支持。通过 成熟软件的支持,可将几十年积累的地质成果,矿 山开采资料数字化,逐步建立起矿山数据库。现代 矿山各部门及工作人员通过网络终端,使网络条件 下的数据体互联互动成为可能,实现在互联网上的 传输与发布。 数字矿山的建设与应用推广,有效地促进了传 统产业改造。近年来许多矿山采用了数字化技术, 以准确、实时的数字化资料管理方式有效地推动技 术的发展。但是,由于传统的资料的限制,如获取 的方式、成果的精度与格式等,不能使新技术得以 利用,特别是网格地图的提出,改变了传统的空间 数据的集成模式和信息数据的共享,因此现代数字 矿山的建设,需应用先进的数据采集和信息获取技 术,才能使建立的数字矿山更加信息化。 1 信息化矿山建设的技术需求 21世纪是信息主导的世纪,“数字化生存”已 成为知识经济的主要标志,信息技术的飞速发展给 中外采矿业带来了巨大冲击。采矿业是以矿产资源 为生产对象的古老产业,绝大多数矿山企业还处在 劳动密集型阶段,信息化改造势在必行。 近年来,我国矿山行业的信息化建设虽然有较 大发展,但总体状况仍不乐观。我国矿山在矿山勘 察、规划、设计、生产、管理、全过程监控等信息 06 矿 业 工 程 Mining Engineering 第7卷 第5期 2009年10月 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 化领域,与发达国家的差距较大。我国矿山既没有 把信息资源当作矿山的重要战略资源加以开发和综 合利用,更没有形成系统性能稳定、信息资源充足 的矿山信息基础设施。因此,数字矿山的发展任重 而道远。 数字矿山的建设目标是实现矿山的高效、安 全、绿色与可持续发展。依据其建设的目标应包含 以下特征以高速企业网为依托,以采矿CAD MCAD、虚拟现实VR、仿真CS、科学计 算SC与可视化VS为手段,以矿业数据和 应用模型为资源,以多源异质矿业数据采集与更新 系统为保障和以矿山GIS MGIS为调度指挥。 数字矿山的最终表现为矿山的高度信息化、自动化 和高效率,以至无人采矿和遥控采矿。 数字矿山应是层次结构模式如图1 1采集 系统负责数据采集与处理,包括测量、勘探、传 感和文档4类基础数据采集子系统 ; 2 调度系统 指MGIS ,负责提供拓扑建立与维护、空间查询与 分析、制图与输出等GIS基本功能,并进行数据 访问控制、开放接口和生产调度与指挥管理 ; 3 功能系统负责提供各类专业模拟与分析功能,包 括MCAD、VM、MS、SC、AI和SV等 ; 4 包 装系统负责提供3D空间建模工具和多源异质矿 山数据的空间融合环境和数据过滤、组合与封装机 制,包括3DGM和数据挖掘工具 ; 5 核心系统 负责统一管理数据和模型,由时空数据仓库和应用 模型库两个子系统组成。 图1 数字矿山的基本组成 基于数字矿山的定义、内涵、特征与基本框架 分析,实施数字矿山战略,必须在数据获取关键技 术上进行研究和攻关,以实现数字矿山的高度信息 化和可持续性发展。 2 数字矿山信息数据的网格化获取方法 资源环境、数字矿山建设和数据共享的紧迫性 需要一个全新的研究平台,在该平台上需要实现资 源环境数据及管理专业应用系统、计算模型、工具 软件的共享。 信息数据是数字矿山建设的基础。因此要实现 矿山的信息化,必须在数据获取上进行创新,以适 应信息化的需求。近来出现的格网数据就是一种较 好的数据格式,它不仅适用于GIS系统的建设, 更重要的是能够满足系统模型分析、解译等数据处 理。而且便于数据的挖掘应用,是较理想的系统建 设数据源。 格网数据又称网格数据,是指计算机中以栅格 结构存贮的内部数据,是扫描式数字化仪的直接产 物,适用于屏幕显示和行式打印输出。在格网数据 中把研究范围分成大小均匀的格网矩阵,存贮的信 息可以是点、线、面实体,也可以是指向该单元有 关属性的指针。格网越小,精度越高,存贮量越 大。因格网是有规则排列的,故实体的坐标位置可 隐含在格网的存储地址中。格网数据便于数据处 理、区域综合分析和评价。与矢量数据相比,其软 件设计较简单,适用于数字地形模型、遥感图像等 信息的存储。 格网地图是专家学者提出的新概念,也是信息 社会地图进一步使用的必然产物。它的基本理论就 是将地图格网化,就是将地理区按经纬度或平面坐 标体系划分为格网单元,对每个格网单元记录和存 储各种地理要素,如地面高程、地质、土壤和土地 利用类型及人口等,建立网格地理数据文件。首先 要确定网格单元大小,它被看成地理分析的分辨 率,也是制图精度的主要指标。网格地理数据因处 理简便,适宜于地理多因子覆盖分析,易于同遥感 信息匹配,制图速度快,故被广泛采用。 图2 LiDAR原理示意图 目前,数据获取的技术如雨后春笋,如今高分 辨率卫星遥感影像数据的广泛应用,格网数字摄影 162009年第5期 杨靖英等 基于网格化信息的数字矿山建设 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 测 量 DigitailPhotogrametricGrid的 研 究, Lidar技术的应用,都为格网信息数据的获取提供 了技术支持。同时计算机的处理技术,特别是并行 处理能力的进步,为格网数据的利用铺平了道路。 机 载LiDAR LightLaserDeteetionand Ranging ,又称机载雷达,是激光探测及测距系 统的简称。它集成了GPS、IMU、激光扫描仪、 数码相机等光谱成像设备图 2 。它的基本原理 是依据主动传感系统激光扫描仪利用返回的脉 冲可获取探测目标高分辨率的距离、坡度、粗糙度 和反射率等信息,而被动光电成像技术数码相 机可获取探测目标的数字成像信息,经过地面的 信息处理而生成逐个地面采样点的三维坐标,最后 经过综合处理而得到沿一定条带的地面区域三维定 位与成像结果。其系统原理的特点可总结为 1 有记录装置精确测定系统发射和接收激光脉冲信号 的瞬时时刻 ; 2 利用光速恒定的原理将发射和反 射时间转换为斜距并量测 ; 3 依据传感器的位置 和方向记录数据,利用有关数学算式计算出反射表 面每一点的XYZ坐标 ; 4 由计算的XYZ坐标自 动生成目标区的高程模型DEM ; 5可透过覆 盖物获取目标物的地貌特征信息,这是其他技术无 法实现的,同时由数码影像和DEM生成目标区的 正射影像DOM。 另外,先进的格网计算 Grid Computing技 术已经和格网地图测绘相结合,促进了新一代格网 信息数据的发展和应用。因此格网数据是今后信息 系统的主要数据格式,由于其自身的记录和获取特 点,不仅利于进一步开发应用,而且减少了硬件, 特别是计算机的配置需求,使得其在社会的各领域 如气象、农业、林业、矿山、环境治理等得以广泛 应用。 3 结语 格网数据的应用,不仅改变传统的数据信息格 式,更重要的是实现数字矿山的高度信息化、集成 化,使模型更加便于分析,发掘更多的信息数据, 在此基础上进行矿床地质条件评估、地质构造预 测、精细地学参量半定量分析、深部成矿定位预 测、矿产资源储量管理、经济可采性评估、开拓设 计、支护设计和风险评估等,从而辅助矿山决策, 确保矿山工程的科学、可靠与安全,最终实现矿山 生产的和谐与可持续发展。 参考文献 [1]吴立新1 数字地球、数字中国与数字矿区[J ]1 矿山测 量, 2000 11 [2]冯夏庭等121世纪的采矿-智能矿山[J ]1 中国矿业, 19991 [3]冈萨雷斯[美国]1 数字图像处理,电子工业出版社,北京 20031 [4]王青,吴惠城,牛京考1 数字矿山的功能内涵及系统构成, 中国矿业, 2004 11 [5]李学峰1 矿山企业数据仓库技术的应用研究[D]1 昆明理工 大学博士论文, 20051 [6]王卷乐,陈沈斌 1 地学栅格格网数据质量评价指标与方法 [J ]1测绘科学, 2006 51 Based on the ination grid of digital data acquisition of mine construction YANGJing2ying1, SONG Hui2chuan2, ZHAO Chun2feng3, WANG Tian2lei3 1 1Guangdong G Food And Drug Vocational - technical School , Guangzhou , 510663 ; 21Henan Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources Survey and Mapping Team; 31CHEM Henan Geological Surveying Institute CO1, Ltd , Zhengzhou 450011 , China Abstract The number of mine - building needs , with grid map of access to technology , grid map of the proposed mine construction in the application. Key words number of mines; grid; ination; s 欢迎订阅 欢迎赐稿 26 矿 业 工 程 第7卷 第5期