三维地理信息系统在矿山中的技术研究与应用 李伟凡

基于3DGIS的露天矿山开采监管系统开发及应用发布时间：2022-05-06T01:34:29.921Z 来源：《中国科技信息》2022年第1月第2期作者：王刚[导读] 智慧矿山是未来矿山发展的重要方向之一王刚工作单位：京山大生建材有限公司邮编：431800摘要：智慧矿山是未来矿山发展的重要方向之一，而露天矿山是与智慧矿山技术可直接对接的、最重要的应用场景。

随着露天矿山设备的种类越来越多，智能化水平不断进步，现有的研究成果依然面临着诸多问题，应用场景需要扩展到三维场景。

现有大多数研究考虑的是二维应用场景，其通常只能够覆盖部分三维应用，尤其是露天矿山挖掘后矿坑形状绝大部分是非规则的，有时矿坑深度达到１０００ｍ以上，这使得研究三维露天矿山应用场景非常必要。

需要提高矿山设备的可部署性。

在露天矿山中，设备部署面临一定困难，随着矿坑深度不断增加，部署移动式通信设备的布线难度、安装和施工难度不断加大，不易于形成稳定的网络链路。

需要重视设备数量和移动性差异。

随着露天矿山采矿需求不断变化，矿坑中设备数量也会随之发生变化，而且，随着矿山设备种类不断增多，各种设备移动性差异较大，这种移动性的差异容易导致更多不稳定链路。

基于此，本篇文章对基于3DGIS的露天矿山开采监管系统开发及应用进行研究，以供参考。

关键词：基于3DGIS；露天矿山；开采监管系统；开发及应用引言矿业是从地下开采有经济价值的矿物或其他物质的活动，开采的部位都是矿物比较集中的矿床,矿业开采的物质包括铝矾土、煤、钻石、铁、稀有金属、铅、石灰石、镍、磷、岩盐、锡、铀和钼等。

几乎任何不能由农业生产的原始物质都是由矿物提供的。

从广义来说,石油、天然气、甚至地下水的开采都能算做矿业范畴。

从矿业的发展来看，可以发现随着生产效率的提升人力在矿业一线生产力的角色逐渐转变为辅助作业的角色，辅助作业即在作业环境复杂、作业难度大的情况下，人类协助机器完成作业。

机器正.在逐渐接替人类完成更辛苦、更危险、更复杂的工作，在机器随着科技逐渐完善与发展的过程中人类也逐步从一-线走向后台。

20河北地质2019年第2期浅论3D Mine三维地质模型在矿山环境治理的应用王守超夏慧洁(河北省地矿局第一地质大队邯郸056001)摘要智能矿山的发展是当代矿业发展的必然趋势，通过3D Mine矿山三维软件对矿山现状与矿山治理过程和效果的建模，可直观反应出矿山环境治理前后的对比效果，从而更好地指导矿山环境治理工程项目的施工+ 3D Mine建模软件将二维视图和三维视图置于同一图形操作窗口环境内，实现了平面效果与立体效果的直接转换,从而更高质量、高水平的完成矿山环境治理方案的编制任务；3D Mine软件测量模块中填挖方计算功能在完成工程量计算后可出具详细的计算过程报告，同时软件中多种计算方法可验证工程量计算的准确性。

相对于传统计算方法，软件计算功能可大大缩短工程量计算时间，同时提高工程量计算数值的准确性+3D Mine矿地质随着当今社会的科技发展，我国矿产资源开发利用领域也逐步由简单的人工化、机械化技术转型为高智能、数字化技术，“数字矿山”在近年来不断的研究与发展，已渐渐适用于当今矿业发展的需求，智能矿山作为“数字矿山”中全新的矿业软件体系，采用三维地质模型进行矿产资源开发与管理是我国新矿业发展的必然趋势+3D Mine建模软件将二维视图和三维视图置于同一图形操作窗口环境内，实现了平面效果与立体效果的直接转换,从而更高质量、高水平的完成矿山环境治理方案的编制任务，为矿产环境治理提供更加科学、高效的施工指导+1现阶段矿山环境治理方案编制方法矿山环境治理设计的任务与目标主要为查明项目区矿山地质环境现状问题、危害特征及工程地质条件，同时根据前期勘查提供的地质依据与设计参数，采取土石方工程、生态景观恢复工程等工程措施，以达到消除地质隐患、恢复土地资源、改善矿山环境和生态环境的目的+阶矿编制主要采技手段为二维平面图设计(主要软件为CAD和Map-GIS),工程量计算及施工范围拐点坐标确定主要采取断面法，通过对矿山工程地质剖面的现地形线处理,按矿山设计规范及相关技术要求完成堆坡、削台阶等工程措施的布置，从而确定平台及斜坡治理界线，进而完成平面布置图的绘制，达到预期设计目的。

（冶金行业）地质矿山中三维GIS数据模型的应用问题地质矿山中三维GIS数据模型的应用问题程朋根龚健雅摘要阐述了地质矿山中的三维现象及其描述方法，对三维数据模型作了综述，且对其在地质矿山中的应用问题作了讨论和分析。

关键词地质矿山现象三维数据模型面向对象数据库可视化随着地理信息系统（GIS）广泛深入的应用和发展，它在处理空间信息以及提供辅助决策依据等方面发挥着越来越重要的作用，且将具有广阔的应用前景。

然而目前的GIS大多数都以处理二维为主，即将空间对象投影到二维平面上，然后进行采集、处理和表示。

对于垂直方向的第三维信息则通常是抽象成壹个属性值（如高程、气压、温度等），然后进行空间操作和处理。

这种方式在处理单壹的地表形态起伏时能显得有效，但由于它们无法建立空间实体的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以实现。

因此在处理地质、矿山、海洋等领域的空间对象时将受到很大的限制。

解决这壹问题的关键是建立三维GIS。

三维GIS的理论研究和产品开发都处于探索和试验阶段，众多学者对此作了较深入的研究，取得了壹定的成果，但目前仍未开发出壹个真正基于三维模型的GIS系统。

因此研究开发基于真三维的GIS系统具有十分重要的意义。

本文首先分析了地质矿山中的各类地质现象和描述方法，其次对目前三维GIS模型的研究作了综述，最后就三维GIS数据模型在地质矿山中的应用问题作了讨论和分析。

1地质矿山中的地质现象及其描述方法地质现象（地质体）极其复杂，虽然地壳中的地质体的成因、规模、形态结构差别较大，但从几何学的观点来见，各种地质体的构造都能够归纳为面状构造、线状构造和（矿）体。

面状构造主要有层理（地层）、节理和断层（断裂）；线状构造包括呈线性习性的构造以及各种平面的交线，如褶皱的枢纽和线理等；矿体则是富集某些矿物成份的岩石体，有层状、似层状、脉状和透镜状之分。

作为管理三维地质现象的GIS来讲，主要考虑的地质现象应为地层、断裂和矿体（如图1）。

倾斜摄影与三维建模技术在矿山地质环境工作中的研究与应用摘要：无人机倾斜摄影与三维建模技术，在现代矿山地形测量中是必不可少的应用技术之一，该方法通过航拍测得数据，并运用3D建模软件对矿山进行地形测绘，从而获得高分辨率、高精度的正射影像与三维立体模型等倾斜摄影成果。

在倾斜摄影成果数据上进行分析，能够计算出露天矿山矿坑和排土场的占地面积、体积等重要数据，为露天矿山开采的环境保护和监督管理提供科学依据。

关键词：倾斜摄影；三维建模；矿山地质环境Tilt Photography and 3D Modeling Technology in Mine Geological Environment Research and Application at WorkTao Tao Cheng Jingyun（Gansu Nonferrous Engineering Exploration &Design Research Institute，Gansu Lanzhou 730000）Abstract：UAV tilt photography and 3D modeling technology are one of the indispensable application techniques in modern mine topographic survey. The method uses the aerial survey to measure the data and uses 3D modeling software to map the mine to the terrain. Obtain high-resolution，high-precision orthophotos and three-dimensional models and other oblique photography results. By analyzing the data of oblique photography results，it is possible to calculate important data such as thefloor space and volume of open pit mines and dumping sites，and provide scientific basis for environmental protection and supervision and management of open pit mining.Key words：oblique photography；three-dimensional modeling；mine geological environment引言随着社会经济的快速发展，人类对于矿物资源的需求与日俱增，由于以往对矿山开发攫取不当，使得矿山地质灾害增多、矿山地形剧烈变化，因此对于矿山的数字化建设变得尤为重要。

基于倾斜摄影技术及Skyline平台的实景三维矿山地质环境调查系统设计与实现摘要：传统矿山地质环境调查通常基于二维影像进行解译，依赖于野外人工外业进行属性调查。

倾斜摄影技术的出现则将现实世界转变为实景三维大数据，人们得以借助实景三维大数据云平台以“上帝视角”观察目标，它提供了常规方式不能给予的多元信息。

而实景三维Skyline管理平台，能够将实时监测视频、空中全景、激光点云等多源大数据融合，将矿山地质环境监测延伸至实景三维空间、历史变化等多角度。

关键词：倾斜摄影技术；矿山地质环境；实景三维；多源数据融合The Design and Implementation of 3D Realistic Terrain Scene Mine Geological EnvironmentInvestigation System based on Oblique Aerial Photography Technology and Skyline PlatformHou Fei（Shandong Provincial Institute of Land Surveying and Mapping，Jinan，250103） Abstract：It usually to execute Mine Geological Environment Investigation based on 2D image interpretation，and the attribute Investigation usually relies on filed work。

A newer technology，Oblique Aerial Photography Technology，turns the realistic word into 3D Realistic Terrain Scene big data，which people can observe objects in God’s Perspective.It provides multi-information that traditional Mine Geological Environment Investigation can’t give.The 3D Realistic Terrain Scene Skyline Platform which fuses Multi-sources Data Fusion with the real-time video，aerial panorama and laser point cloud can extend the monitoring of Mine Geological Environment to the 3D and historical perspective.Key words：Oblique Aerial Photography Technology；Mine Geological Environment Investigation；3D Realistic Terrain Scene；Multi-sources Data Fusion0 引言矿山地质环境调查主要是查明地表矿体采掘位置、规模、属性等信息及由此引起的地质灾害隐患情况。

数字矿山中三维地质建模方法与应用摘要：在科技信息的迅猛发展下，矿山行业信息化建设是大势所趋，并且，数字矿山的实行也一定会是达到矿山行业高质、高产、有效开采的重要措施。

三维地质建模是数字矿山发展的重要途径之一，也是实现数字矿山目标的前提。

这篇文章描述了三维地质建模对矿山发展的积极意义及如今三维地质建模的常用技术方法，接着对我国以后的数字矿山目标提了新的标准。

关键词：数字矿山；三维地质建模；应用前言结合我国“十五”规划中，对企业信息化建设提的目标，运用信息化元素促进矿山等以往的历史企业。

科学规范的开采矿产资源，促进矿区生态、社会和经济间的稳定发展，一定要借助信息先进技术。

三维地质建模是数字矿山发展的重要途径之一，也是实现数字矿山目标的前提。

如今，各领域都把建设“数字化”作为目标，矿业也不能落后，“数字矿山”一定会变成“数字中国”的关键要素之一。

一、数字矿山发展面临的问题1988年1月31日，美国在任总统指出“数字地球”的说法，受到了全球各地的普遍重视。

很多科研学者在这前提下结合自己国家的具体情况进行了长期这方面的分析工作。

1998年10月，江泽民同志在会见两院院士时，也指出了数字中国的规划目标，与各院士探讨了关于实行DC的行动规划。

这几年来，我国的矿山领域信息化广泛普及，并取得了显著效果，然而总体效益还是不够好。

我国矿山在进矿区勘探考察、规划分析、设计研究、生产水平、管理环节、全程监控等信息化“软”区域，与发达国家的采矿水平相比还远远不足。

遥控采矿、无人为的自动矿采、无人矿井都在加拿大、美国等区域变成事实，在一定程度上避免了人员伤亡。

加拿大早在上世纪90年代就致力于探究研发遥控采矿技术，为的是达到采矿各环节都能进行遥控操作，当前已经研发出样机系统，并在INCO企业的一些地下镍矿成功运行。

如今我国的矿山领域信息化普及不全面、信息基础设施配置不齐全、信息化管理能力弱，是矿区行业的安全无法得到保障的重要因素。

第 22卷第 11期2023年 11月Vol.22 No.11Nov.2023软件导刊Software Guide基于多源数据集成与WebGIS的三维矿山空间数据管理系统关键技术及应用陈根深1，2，3，4，刘刚1，2，3，4，陈麒玉1，2，3，赵力行4，向世泽4，罗庆1，2，3，张俊杰1，2，3（1.中国地质大学计算机学院；2.智能地学信息处理湖北省实验室；3.生物地质与环境地质国家重点实验室；4.武汉地大坤迪科技有限公司，湖北武汉430074）摘要：基于地质、物探、钻探、采掘和测量等多领域数字化信息的矿山生产，面临着空间数据集成与管理困难等重要挑战。

为此，提出一种基于多源数据集成与WebGIS的三维矿山空间数据管理系统，其核心是利用地质、物探、钻探等数字化信息为支撑来构建统一的综合地质信息数据库，以实现空间数据、属性数据、模型数据以及时态数据的存储、转换、管理、查询、分析与可视化等功能。

在实际应用中，通过整合三维实景模型、地质模型与地震数据模型，在此基础上融合多个系统形成的矿山生产管控数据，实现矿产资源勘探过程中地质信息的高效管理和数据共享，从而为矿山生产的决策与操作提供有力的技术支撑。

关键词：多源数据集成；数字矿山；WebGIS；三维可视化DOI：10.11907/rjdk.231777开放科学（资源服务）标识码（OSID）：中图分类号：TP311.13 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）011-0018-11Key Technologies and Applications of 3D Spatial Data ManagementSystem for Mining Based on Multi-Source Data Integration and WebGISCHEN Genshen1，2，3，4， LIU Gang1，2，3，4， CHEN Qiyu1，2，3， ZHAO Lixing4， XIANG Shize4， LUO Qing1，2，3， ZHANG Junjie1，2，3（1.School of Computer Science， China University of Geosciences；2.Hubei Key Laboratory of Intelligent Geo-Information Processing，China University of Geosciences；3.State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology；4.Wuhan Didakundi Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430074， China）Abstract：Mining production processes， comprising different fields such as geology， geophysics， drilling， exploration， and geomatics， con‑fronts with significant challenges in terms of spatial data integration and management complexities. Therefore， this paper introduces a 3D spa‑tial mining management system based on multi-source data integration and WebGIS， in which digital information derived from geology， geo‑physics and drilling is mainly used to support establishment of unified comprehensive geological information database so that restoration， trans‑formation，management，querying，analysis，and visualization of spatial data，attribute information，model objects，and temporal data. In practical application， according to integrating 3D reality models， geological models， seismic data models and multiple systems data fusion to form a comprehensive mining production framework. This framework efficiently manages and share geological information during mineral explo‑ration， thereby providing robust technological support for mining production decision-making.Key Words：multi-source data integration； digital mine； WebGIS； three-dimensional visualization0 引言数字矿山的概念源于数字地球和数字城市，是信息技术应用与地质矿产领域的重要实践［1-3］。