gis技術(shù)在礦山場(chǎng)地平整中的應(yīng)用

1、De c ． ． 2 01 0V0 1 ． 8 ． No ． 6G I S技術(shù)在礦 山場(chǎng)地平整中的應(yīng)用 鄧輝 ， 何政偉 1 , 2 , 3 ， 趙銀 兵 ， 倪 忠云 ， 劉敏紅 ， 張船 紅 ， 楊 晏立 ( 1 ． 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù) 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ，四川 成都 6 1 0 0 5 9 ；2 ．成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ；3 ．首都 師范大學(xué) 資源環(huán)境 與地理信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2、 ，北京 1 0 0 0 3 7 )摘 要 ：以方格 網(wǎng)法計(jì)算土方量， 利用 Ar c GI S空間分析模 塊對(duì)數(shù) 字高程模 型的空 間分析功 能和屬性數(shù)據(jù) 的計(jì)算， 從 而實(shí)現(xiàn) 土地 平整 中土 方 量 的 快 速 計(jì) 算 。關(guān) 鍵 詞 ：G I S ； 礦 山場(chǎng) 地 平 整 ； 方 格 網(wǎng) 法 ； 土方 量計(jì) 算 中 圖 分 類 號(hào) ：P I O g文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 ：1 3文 章 編 號(hào) ：l6 ／ ． 一 4 6 2 3( 2

3、 0 ?) 0 6 一 ( ) 0 8 9 — 0 3Ap p l i c a t i o no fGI ST e c h n o l o g yt oM i n eLa n dFl a t t i n gDENG Hu i ’ 一 ， HEZh en g we ’ '， Z HAO Yi n b i n g ’ 一 ， NIZh o n g y u n ’ 一 ，L I UMi n h o n g ’ 一 ． ZHANG

4、 Ch u a n h o n g’ r ． Y ANG Ya n l i ’ -f 1 ． S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fG e o h a z a r dP r e v e n t i o n& G e o e n v i r o m n e n tP r o t e c t i o n ， C h e n g d u6 1 0 0 5 9 ， C h i n a ；2 ． Ge

5、o s c i e n c e sC o l l e g e ， C h e n g d uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ， C h e n g d u610 0 5 9 ， C h i n a ； 3 ． Ke yL a b o r a t o r yo fR e s o u r c eE n v i r o n m e n ta n dG I Si 1 1B e i j i n

6、g ， C a p i t a lN o r ma lU n i v e r s i t y ， B e i j i n g1 0 0 0 3 7 ， C h i n a )Ab s t r a c t ： T h ep a p e ra c h i e v e df a s ta n da c c u r a t ec a l c u l a t i o no fe a r t h wo r kv o l n meb yt a k i

7、 n gg r i dme t h o d ， b a s e do nDE M s p a t i a la n a l y s i sf u n c t i o na n dc a l c u l a t i o no fa t t r i b u t ed a t ai nAr c G I S ．Ke ywo r d s ： GI S； mi n el a n df l a t t i n g ； g r i dme t h o

8、 d； e a r t h w o r kc a l c u l a t i o n隨著對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量不斷增長(zhǎng)，礦 山開采工程將 向縱 深發(fā)展 ，開 采規(guī)模 、強(qiáng)度 不斷增 大，帶來 的 環(huán)境 污 染和生 態(tài)破壞 問題 也 與 日俱 增 ，致 使一 定 范 圍內(nèi)的礦 山生 態(tài)失衡 。由 于受經(jīng) 濟(jì) 條件 的影 響 ，原 來 的露 采礦 山絕 大 多數(shù) 沿路 、沿 ( 河 ) ， 圍繞 城鎮(zhèn) 分布 ，處 于人 類活 動(dòng)最 頻繁 的 區(qū)

9、域 。礦 產(chǎn) 資源的 開發(fā) 利用 過 程 中所產(chǎn)生 的廢石 和尾 礦 隨意堆 放 ，侵 吞耕 地 與侵 占土地現(xiàn) 象嚴(yán)重，并且容 易引起滑坡 、泥石 流等地質(zhì) 災(zāi)害 ，因此 國(guó)家加 大 了對(duì) 礦 山地質(zhì) 環(huán)境 恢復(fù) 的 力度 。在 礦 山恢 復(fù)治理 過程 中，場(chǎng)地 的平 整是治 理 工作 的重要 組 成部 分 ，平 整 工作 的對(duì) 下一步礦 山環(huán)境 治理具有 十 分 重要 的 意 義 。G I S技 術(shù) 已從最 初 的理論 研 究進(jìn) 入

10、到應(yīng) 用領(lǐng)域 ， 并 在 資源調(diào) 查 、土地 利用 、城 市規(guī) 劃、 自然 災(zāi)害和環(huán) 境 監(jiān) 測(cè)及預(yù) 警預(yù) 報(bào)等 方 面得 到 了廣泛 的運(yùn) 用。 。本 文將 G I S 技 術(shù) 中的空 間分析 功能運(yùn) 用到礦 山恢復(fù) 工作 中的 土地 平整設(shè) 計(jì) 中 ，準(zhǔn)確 快速 地計(jì) 算 出平整 工作 中土 方 量 的調(diào) 配 。 目前，計(jì) 算 土方 量 的方 法主 要 有： 方格 網(wǎng)法，適 用于地 勢(shì)平坦 的 區(qū)域，精 度較 高；橫 截 面法，適

11、用 于地形起伏較 大， 自然地 面 比較 復(fù)雜 的地 區(qū)。收 稿 E t 期 ：2 O 1 0 - ( J 4 — 0 2項(xiàng) 目來 源 ： 川系 8 6 3Ul! { 』l 『j2 o ( ) 7 A A1 ： f j( } f 、1 研 究區(qū)概況 項(xiàng) 目所在地理塘 縣 ， 位 于四川盆地西部甘孜藏族 自治 州西南部 ，東鄰雅 江縣 ，南接 鄉(xiāng)城縣 、稻 城縣及 涼山州的木 里縣 ，西靠 巴塘縣 、白玉縣 ，北接新 龍縣。地理 坐標(biāo)介

12、于 N 2 8。 5 9～ 3 0。 4 3、E 9 9。 4 2～ 1 0 0。5 6。 理塘縣金廠溝金礦礦 區(qū)地處青藏高原 南部 ～ 橫斷 山系 東段 ，屬 川 西 高山 高原 區(qū)。金 廠 溝砂 金礦 過 采 區(qū)位 于無量 河河谷地 帶 ，無量 河 河谷在 此段 為典型 的 u形 ，河谷 寬闊 ，并且 地勢(shì)起 伏較 小 ，國(guó)道 3 1 8線從 河 谷 穿過 。河谷 過采 區(qū)地表 多為采礦 留下的 河卵石 、礫 石等 ，有許 多 采礦

13、 留下 的 洼坑 、水洼等 。河谷 兩側(cè) 山丘坡度較 緩 ，約 2 5。 ～ 4 0。 ，山丘與河谷 相對(duì) 高差 不 大。由于凍融 、降水 、 風(fēng) 蝕 外部 地質(zhì) 營(yíng)力 的影 響 ，山 體 整體緩 和 無陡峻地形 ，山頂 面平坦 ，多呈饅 頭狀 。山 體上大部分基巖為表層第四系土壤所覆蓋， 出露很少。表 面生有 高原草科 植物 ，局部 有低矮 灌木 叢。2 格 網(wǎng)法計(jì)算土方量原理 方格 網(wǎng)法是指將 地塊 分 隔成 一定規(guī)格 的規(guī)則格 網(wǎng)

14、，究 區(qū)的地形 ，水 文，土地 利 用方 式等數(shù) 據(jù) ，將文 本和 統(tǒng)計(jì)表格 等數(shù) 據(jù)作 為屬性數(shù) 據(jù)輸 入到 空間數(shù)據(jù)庫(kù) 中。3 )充分 利用地 理信 息 系統(tǒng)的 空間分析功 能 ，對(duì) 數(shù) 據(jù)進(jìn) 行可視化 分析 。在 本項(xiàng) 目中，主要 是采 用 E S R I 的A r c G I S軟 件進(jìn)行 三維分 析和 空 間分析 ，在 3 D 分析 模 塊 中，將研 究 區(qū)的地 形數(shù)據(jù) 生成規(guī) 則格 網(wǎng) D E M。4 )進(jìn)行 土地 平整 高

15、程設(shè) 計(jì) ，采 用人機(jī) 交互 的方式 進(jìn)行 高程設(shè)計(jì) ， 項(xiàng) 目區(qū)地 下水位 一般 埋深 0 ． 51 1 1— 1m，依據(jù)場(chǎng)地 破壞 前的 自然地形 ，以及無 量河 的洪枯 水位 、流速及 沖刷情況等 ， 將場(chǎng)地向無量河方向平整為 5 ％～ 1 0 ％ 的緩坡 面 ，基 地低 于 3 1 8國(guó)道路基 面 0 ． 51 T I— l1 T I 、 高于 河床 0 ． 5m ～2 ． 5m，略 高于一般 洪水位 水壓線 。綜 合 以上約

16、束條件 ，在反 復(fù)論 證 的基礎(chǔ) 上最 終確 定項(xiàng) 目區(qū)的設(shè)計(jì) 高程 ( 見 圖 3 ) 。：：。：“：潞蓋潞 囂長(zhǎng)。 ”5 2盟囂囂。黜 ?7 1 54一 }12 ‘ 4·?h| ¨ ∞ 1 ¨ I ，， l1 2～ 讖 替 ”翟 ’囂：潞 ”一囂2 * ]1?II7∞ 4’1 |46l u 86 9 M ¨ 9器 黼 。。 ” 潞 。。囂 ”” 黑 。篙 臻 ?4

17、6192 lI ?9、9~i l i i端 ’ 端 。：。 黼 。 ” 鬻 強(qiáng) “ p9 ~ 329： ? 圖 3土 方 餐 計(jì) 算 的 格 網(wǎng) 法 3 - 3G I S技術(shù)在土方量 汁算和土方量調(diào)配 中的應(yīng)用 土 方工程 量計(jì)算及調(diào) 配， 主要 是運(yùn) 用 G I S中屬 性 數(shù)據(jù) 庫(kù)的功 能模塊 及規(guī) 劃模型 。 其 步驟 為( 如 圖 2所示 ) ：1 )利用地形 圖數(shù)據(jù) ，在 A r c G I S的 3 D分析模 塊

18、 中生成 5 0I 1 “ 1×5 01 1 1 規(guī) 則格 網(wǎng) D E M，根據(jù) 生成 的規(guī) 則格 網(wǎng) D E M 自動(dòng)獲取各 網(wǎng)點(diǎn) 的相 應(yīng)地 面標(biāo) 高 ( 見 圖 3 ) ，建 立土方量計(jì) 算數(shù)據(jù)庫(kù) ，并 結(jié)合項(xiàng) 目區(qū)各 方格 區(qū)塊 的設(shè) 計(jì) 高程， 通過 屬性數(shù) 據(jù)庫(kù) 管理計(jì) 算 項(xiàng) 目區(qū)各格 網(wǎng)方塊 施 工 高度；2 )結(jié)合 項(xiàng) 目區(qū)現(xiàn) 狀 高程 和設(shè)計(jì) 高程，確定 項(xiàng) 目區(qū)格 網(wǎng) 內(nèi)的零 點(diǎn)及零線 ， 通 過 G I

19、 S中屬性數(shù)據(jù) 的計(jì) 算功 能， 根據(jù)格 網(wǎng)法的原理 ，輸入相 應(yīng)公 式進(jìn)行 計(jì)算， 獲 得各格 網(wǎng)挖 ( 填) 方量；3 )根 據(jù)各 方格 區(qū)塊挖 ( 填)量情況 ， 運(yùn) 用規(guī) 劃模 型對(duì)調(diào) 配方案進(jìn)行 優(yōu)化 。4 金廠溝礦 山場(chǎng)地平整分析 工作 區(qū)地 形起 伏較 小 ，采礦 所遺 留的采 坑遍 布其 上 ，低 洼處 積 水成塘 ，采取 推 平 卵石 小 崗，填 平 洼地 的平 整方 式場(chǎng)地 平整 以項(xiàng) 目區(qū)挖 填 土方基 本平衡 為

20、原 則 ，同 時(shí)，每 個(gè)平整 單元挖 填 土 方也 需基本 平衡 ，根 據(jù)本 項(xiàng) 目區(qū)特 點(diǎn) ，方格 采用 5 0mx5 0m 大 小，并在 Ar c G I S中 空間分 析功 能計(jì) 算地 面 高程 ， 以此確定設(shè) 計(jì) 高程 和施工 高度 ； 然后計(jì) 算零點(diǎn)位 置， 確 定零線 ； 最 后 利 用格 網(wǎng)法 進(jìn)行計(jì) 算 ，將獲得 的數(shù) 據(jù)根據(jù) 土 方量 計(jì) 算公 式，求得 土方量 ，其 中挖 方 7 21 3 5 1 T I，填 方 7

21、 20 9 6m 挖 填基 本平衡 ， 最后 進(jìn)行 了土方 量的調(diào) 配 ( 見 圖 4 ) 。圖 4 工 作 區(qū) 土 方 調(diào) 配 圖 5 結(jié) 語(yǔ) 在 礦 山地質(zhì) 環(huán)境 恢 復(fù)治理 工程 中，場(chǎng)地 平整是 一 項(xiàng)非 常重要 的工作 ， 場(chǎng)地平 整的精度 和質(zhì)量直接影 響到 下一步的恢復(fù)治理工作。 場(chǎng)地平整中的土方量的計(jì)算將影響到項(xiàng) 目的預(yù)算與投資， 是項(xiàng) 目能否實(shí)施的關(guān)鍵性經(jīng)濟(jì)因素。 對(duì)土方量的計(jì)算前人做 了 很多深入的、 卓有成效的研

22、 究， 尤其是近年 來，隨著 GI S技術(shù) 的發(fā)展 ，GI S技 術(shù)在土地 平整_ Y - 程 中得到 了十分廣泛 的應(yīng) 用。 本 文 借 鑒 GI S技 術(shù)在 土地平 整_ Y - 程 中的應(yīng) 用 ，在 前人 探 索 研 究 的基 礎(chǔ) 上， 以方格 網(wǎng)計(jì) 算土 方量作 為研 究方法 的 基礎(chǔ) 上，結(jié)合項(xiàng) 目實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn)，探 討 了Ar c G I S在 土方量 計(jì) 算上 的應(yīng) 用， 并對(duì) 計(jì) 算流程 和分析 步驟做 了詳 細(xì) 的介 紹

23、， 通過本 次土 方計(jì)算 量與 實(shí)際工作 綜合 對(duì) 比分析 ，發(fā)現(xiàn) 的 G I S技術(shù) 已能 滿足 土地 平整 中工程設(shè)計(jì) 的需要 ，提 高工作效 率 。參考 文獻(xiàn) [ 1 ]國(guó)土資源部財(cái)務(wù)司． 國(guó)土資源部土地 整理 中心． 土地 開發(fā)整 理 項(xiàng) 目預(yù)算編制指 南[ M] ． 北京： 地質(zhì) 出版社， 2 0 0 2【 2 】湯 國(guó)安，劉學(xué)軍，閭國(guó)年． 數(shù)字 高程模 型及地 學(xué)分析 的原理 與 方 法 [ M 】 ． 北 京 ： 科 學(xué)

24、出版 社 ， 2 0 0 5[ 3 ] 袁 西平 ， 淺 談礦 山環(huán) 境 恢 復(fù) 治 理 [ J 】 ． 湖 北 社 會(huì)科 學(xué)， 2 0 0 8 ( 2 ) ：l 78 一 l8 O【 4 ]劉震， 李樹楷． 3 s一體 化技 術(shù)和 方法 的探討 【 J 】．環(huán)境遙感，1 9 9 51 0( 2 ) ： 1 5 2 — 1 6 0[ 5 ] 魯成樹，吳次 芳． G I S 技 術(shù)在 農(nóng)田平整工程設(shè)計(jì) 中的應(yīng)用研 究[ J ] ． 西北農(nóng)