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1、矿山地质勘测数据自动上图关键技术研究矿山地质数据的平面以及剖面图是整个矿山勘测工作成果的基础，从不同角度表现矿区地质现象的全貌，勘查工作者综合考虑平面与剖面图，为进行矿山勘查、成矿预测、矿山设计与生产决策提供更好的参考。与此同时，矿山勘测数据平面图与剖面图的绘制也是勘查工作投入技术力量最多且耗时最长的一项工作。随着计算机技术的快速发展以及不同学科之间的相互融合，利用计算机技术解决矿产地质数据也越来越普遍，比较成熟的是利用CAD等工具辅助地质制图，这种制图方法在自动化方面有所提升，但由于CAD软件的局限性，使得利用其绘制出来的图件具有空间数据与属性数据分离的缺点，不利于矿山地质勘查工作的进行。G
2、IS技术的引入，在很大程度上解决了这一问题，利用GIS技术绘制出来的地质图件不再是对传统纸质图件的复制，GIS以对象的形式组织矿山地质勘查数据中的点、线、面要素，使得地质要素的空间数据与属性数据能够相互结合、统一管理。但由于GIS软件的普适性，不具备行业的特殊性，导致一些勘查数据的图件还必须由人工绘制，不仅耗时，而且数据精度也得不到保证。因此，探索并实现矿山地质勘查数据的自动上图技术具有重要的意义。1 勘测数据自动上图关键技术1.1 矿山地质勘测与自动成图矿山地质勘测是反映和揭露矿山地质现象和矿产产状的一种重要手段，主要包括钻探工程和坑探工程【1】。钻探工程是从地表到地下进行勘测的工程，从纵向
3、表现矿山形态，在钻探过程中会受到不同外界因素，如岩石倾向、岩石硬度、钻机钻进方向、钻机倾角以及钻头承受压力等诸多物理、力学因素的影响，导致钻机钻进轨迹不是一条有规则的直线，而是复杂的空间曲线。通过对不同深度下钻孔倾角、方位角的测量，可利用测点数据确定钻孔的实际轨迹；而矿产的样品数据、岩性数据可以从钻孔中提取的岩矿芯数据获取。因此，通过钻探技术可以获取钻孔的基本信息数据、测斜数据及岩性样品数据，利用这些数据对钻孔进行精确地描述。由于钻进轨迹会随着矿山地质情况的变化而变化，获取的岩矿芯位置也会随之变化，从而导致一个钻孔数据包含多条测斜、岩性、样品等数据，钻孔数据与它们的关系为一对多的关系，可以用U
4、ML关系图来大致表现钻孔与其他数据的关系。在UML关系图中，整体与个体之间的关系可以用聚集这一概念来表示，组合这一概念表示的是一种比聚合更强的关系，组合通常表示整体与个体之间密不可分是一个整体，离开了主体个体便不能存在。在UML关系图中，空心菱形用来表示聚集关系，实心菱形用以表示组合关系 。通过分析可以得到钻孔数据的概念模型（见图1）。坑探工程是从地表或地下掘进的各类小断面坑道的勘查工程，与钻探工程相比，坑探工程从横向表现矿山现状，通过坑探工程可以获取到能够描述坑道的一系列数据，包括测点数据、坑道校正数据、岩性数据和样品数据。由上述数据可以建立坑道数据的概念模型（见图2）。由图2可以看出，不仅
5、可以用聚合关系来表达坑道与测点数据的关系，还可以利用组合关系来表示坑道与校正数据、岩性数据、样品数据的关系。通过矿山地质勘测可以获取到和矿山相关的一系列数据，包括工程的空间位置信息、样品品味信息、岩性等多方面地质信息，这些数据的获取处理是进行矿山勘查工作的重点。传统的矿山地质勘查数据上图主要依赖于人工绘制，由于矿山地质数据的复杂性，数据成图工作量非常大，成图质量不高，费时费力。随着计算机信息技术的快速发展，对矿山地质勘查数据成图的精度要求越来越高，在这种环境下，探索一种高效准确的制图方法成为必然趋势。1.2 勘测数据控制点坐标计算实际勘测数据并没有上文所述的控制点数据，本文提出控制点的概念是为
6、了研究方便，控制点一般用能够表示地质实体形态的关键点来表示。控制点的引入可有效弥补计算机无法利用原始数据自动成图的缺陷，控制点坐标由实际勘查数据求得，主要包括钻孔控制点以及坑道控制点的坐标数据。由于钻孔轨迹在三维空间中是一条复杂的空间曲线，而空间曲线是由若干个点数据组成，要想准确无误地描述一条空间曲线轨迹，必须测出钻孔轨迹的所有点，但这只是在理想条件下。在现实情况下只能选取若干个测斜数据控制钻孔的轨迹，这种用于控制钻孔轨迹的点称为钻孔控制点（见图3）。坑道控制点是在横向上表现矿产地质数据空间形态的一种有效方法，坑道主要由坑道底板、坑道左壁、坑道右壁以及坑道顶板构成，坑道的主要空间形态是坑道顶板
7、与坑道底板、坑道左壁与坑道右壁形成的大致平行的空间体。坑道测点与坑道控制点见图4。坑道方向从起始测点至终止测点，坑道方向的左侧为坑道左壁，右侧为坑道右壁。由左壁、右壁、坑道顶板、坑道底板一起构成坑道的几何模型（见图5）。1.3 勘测数据控制点的坐标投影勘查数据成图使用的数据是经过投影后的数据。由上节获得的代表勘测数据控制点的坐标数据，还需要将其投影到平面以及剖面上，通过投影获取二维的平/剖面投影坐标，通过平/剖面投影坐标进行勘测数据自动上图操作。由水平投影的性质可知，三维空间中任意坐标数据的水平投影结果即为三维坐标数据的x，y值，通过上节的分析可以获取勘测数据的控制点坐标数据，假设勘测数据的控
8、制点坐标数据为（xA，yA，zA），那么经过水平投影后得到的勘测数据控制坐标的投影数据为（xa，ya），控制点坐标数据与投影坐标数据满足关系xa = xA，ya = yA。勘探线剖面以x或y坐标轴为横轴，具体情况具体分析（当勘探线与x轴的夹角小于45时，采用x为横轴，否则采用y为横轴【4】），z值为纵轴的二维投影面。无论横轴如何选取，对勘测数据控制点坐标进行剖面投影的思路都是一致的（见图6、图7）。2 勘测数据自动上图实现开发方式与开发平台的选取对于系统的开发、维护、效率等方面都起着至关重要的作用，本次实验在综合了多方分析研究的情况下，采用了基于MapGIS67组件开发的方式，结合SQL Se
9、rver 2008数据库的优良特性，利用Visual Studio 2008开发平台进行实验开发，下面以钻孔数据为例，进行勘测数据自动上图实验结果的介绍。2.1 钻孔数据平面自动上图钻孔数据在MapGIS中以点图元的形式进行组织，因此，在MapGIS中实现钻孔勘测数据的自动上图就是实现对点数据的自动上图操作。在前期已经将钻孔数据进行了处理并且存储在SQL Server数据库中，因此可从数据库中获取钻孔信息数据，钻孔的x，y坐标确定钻孔的上图位置，钻孔的属性数据（钻孔名）确定钻孔上图的标识数据，在实验中，还通过唯一标识ID进行图形与属性数据的关联，实现了图形与属性数据的互查功能（见图8），浅灰色
10、图元为钻孔在平面图中的自动上图效果。通过与原始底图叠加，可以发现自动绘制的钻孔数据与原始底图数据存在一定的误差。通过对原始数据以及对图上数据的分析，发现人工绘制的钻孔数据受到绘制人员、原始图纸的多种因素的影响，从而产生一定的偏差。自动上图则避免了这一错误，自动上图基于控制点坐标数据成图，计算机自动绘制，具有更高的精度，下文的剖面图绘制原理与此类似。2.2 钻孔数据剖面自动上图钻孔数据剖面图由钻孔孔口数据、钻孔名以及测斜控制点数据组成，因此，在绘制钻孔数据剖面图时，需要同时对点图元以及线要素进行操作，在现有实际勘测数据的基础上，钻孔剖面图的绘制过程为：一是数据初始化；二是判断数据库中是否已经存在
11、钻孔测斜控制点空间坐标，若存在则从数据库中直接获取，否则调用计算模块进行计算；三是通过计算分别获取孔口剖面坐标及测斜控制点剖面坐标，用以确定钻孔在底图上的位置，分别在点图层以及线图层中实现自动绘制。图9中浅灰色要素为钻孔在剖面图中的自动上图效果。3 结束语在计算机技术快速发展的今天，利用计算机技术处理矿山地质勘查数据具有效率高、精度高、误差小等一系列优势，很大程度上提高了矿山勘查数据的完整性与正确性。本研究也正是基于这一目的，结合国土资源部危机矿山项目，通过对实际地质勘查数据进行分析建模，探讨了不同类型勘查数据的控制点坐标算法；通过控制点坐标分别在平面以及剖面上的投影实现自动上图，弥补了实测数
12、据不能直接上图的缺陷。在实现过程中，利用国内优秀的MapGIS软件提供的组件技术，采用面向对象的方法实现了矿山勘查数据的自动上图，利用该技术，使得上图速度更快，大大减轻了绘图工作者的工作量，同时也在很大程度上提高了矿山数据上图的精度，为以后进一步的矿山勘查工作打下了坚实的基础。参考文献：【1】 赵鹏大.矿产勘查理论与方法.武汉:中国地质大学出版社,2006.【2】 GOMES P, GANDOLA P, CORDEIRO J. Helping software engineers reusing UML class diagrams/LNCS. Partof the Lecture Notes in Computer Science book series, volume 4626. Berlin & Heidelberg:Springer, 2007: 449-462.【3】 SPINELLIS D. UML everywhere. IEEE Software, 2010,27(5):90-91.【4】李守义,叶松青.矿产勘察学.2版.北京:地质出版社,2003.