吳慶忠,李 博,史經(jīng)華

(徐州師范大學(xué)測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

礦圖由圖例符號表示的礦圖要素及其空間定位，按一定的比例繪制而成，是礦山企業(yè)重要的基礎(chǔ)性技術(shù)資料，對礦山企業(yè)的開采設(shè)計與安全生產(chǎn)具有十分重要的作用。礦圖種類繁多，一般分為礦井測量圖、礦井地質(zhì)圖和專題礦圖三大類20余種圖紙。這些種類繁多的礦圖相互關(guān)聯(lián)，所包含的元素相互交叉。目前，我國各礦山企業(yè)已基本普及計算機(jī)繪圖技術(shù)，繪圖軟件也有多種。由于AutoCAD系列版本的繪圖軟件具有易學(xué)、易用且功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于礦圖繪制與開采設(shè)計領(lǐng)域。由于缺乏對礦圖要素進(jìn)行科學(xué)合理的分類與分層表示的研究，礦圖繪制技術(shù)存在著數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重、要素表達(dá)不一致、繪制精度不一致、圖形更新不同步、數(shù)據(jù)難以融入GIS等問題。因此，開展對礦圖要素的系統(tǒng)分析與研究，進(jìn)行科學(xué)分類、合理分層、優(yōu)化組合，為基于文件的礦圖繪制系統(tǒng)奠定理論基礎(chǔ)，具有十分重要的意義。

1 礦圖的特點(diǎn)

(1)礦圖種類的多樣性：礦圖涉及地質(zhì)、測量、采礦、通風(fēng)、安全、機(jī)電運(yùn)輸?shù)榷鄠€礦山專業(yè)技術(shù)，是反映礦井地質(zhì)條件和采掘工程活動情況等各類圖件的總稱。礦圖依據(jù)功用不同，被劃分為如采掘工程平面圖、井上下對照圖、礦井地質(zhì)圖、煤層底板等高線圖等20余種。其中，常用礦圖有15種，主要礦圖有8種。

(2)礦圖繪制的延續(xù)性：在整個礦山的建設(shè)和生產(chǎn)期間，隨著采礦工程的進(jìn)展，礦圖的內(nèi)容也在不斷地進(jìn)行增加、修改和補(bǔ)充。因此，礦圖繪制是一個經(jīng)常性和長期性的工作。

(3)礦圖的區(qū)域性：礦圖是建立在大地坐標(biāo)系統(tǒng)下的礦山地理空間信息載體。針對不同的礦山企業(yè)，井田范圍有著嚴(yán)格的界限。因此，礦圖具有明顯的區(qū)域性。

(4)礦圖的相關(guān)性：由于礦圖涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，且種類繁多，各礦圖之間互為基礎(chǔ)，內(nèi)容相互交叉，繪制過程也是交替進(jìn)行。因此，礦圖具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

2 當(dāng)前礦圖繪制技術(shù)存在的問題

經(jīng)過多年的礦圖數(shù)字化進(jìn)程，計算機(jī)繪圖系統(tǒng)已在礦山得到了廣泛的應(yīng)用，為礦山的開發(fā)與建設(shè)、礦山技術(shù)現(xiàn)代化等作出了巨大的貢獻(xiàn)。目前，我國各礦山企業(yè)已基本普及計算機(jī)繪圖，繪圖軟件也是多種多樣，但是普遍存在以下問題：

(1)缺乏對礦圖要素的系統(tǒng)分析與研究，對礦圖要素的分類與分層表示不夠科學(xué)合理，沒有形成一個統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，礦圖制作與生成的自動化程度不高。

(2)在各類礦圖的繪制方案上，沒有充分考慮礦圖之間的相關(guān)特性，每種礦圖被作為一個獨(dú)立的圖形文件繪制、編輯和保存。因此，對于礦圖之間的公共要素及各類相關(guān)要素，在不同礦圖中將被重復(fù)多次繪制，導(dǎo)致不同礦圖間相同要素表達(dá)的不一致、繪制精度的不一致和礦圖更新的不同步，且整個礦圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重，難以實(shí)現(xiàn)與GIS數(shù)據(jù)的融入。

3 基于文件的礦圖系統(tǒng)簡述

3.1 系統(tǒng)構(gòu)建的基本思路

針對當(dāng)前礦圖繪制技術(shù)存在的問題和不足，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，提出“基于文件的礦圖系統(tǒng)”。該系統(tǒng)對礦圖所涉及的全部要素進(jìn)行系統(tǒng)的分析與研究，在內(nèi)容上打破單一圖件的界限，以礦圖要素為基礎(chǔ)，進(jìn)行必要地分解與合并，形成各類圖件的基本單元，再經(jīng)過科學(xué)的歸類與分層，統(tǒng)一繪制在同一個總礦圖上，形成一個“礦圖文件”。以目前最為流行的Auto CAD系列繪圖軟件為開發(fā)平臺，充分利用其先進(jìn)的圖層概念及其操控技術(shù)，以單一圖件為目標(biāo)，通過控制礦圖文件的圖層狀態(tài)，打開與目標(biāo)圖件相關(guān)要素所在的圖層，自動生成所需圖件。從而實(shí)現(xiàn)礦圖數(shù)據(jù)的冗余最小、要素表達(dá)一至、繪制精度一致和各類圖件更新同步的目標(biāo)，同時也解決了與GIS數(shù)據(jù)融入的問題。

基于文件的礦圖系統(tǒng)，是一個以礦山企業(yè)為單位的專用服務(wù)局域網(wǎng)絡(luò)(或工作站)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以礦圖文件為礦山地理空間信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并存儲于系統(tǒng)服務(wù)器存儲設(shè)備中，以若干專業(yè)技術(shù)應(yīng)用(如地質(zhì)、測量、采礦設(shè)計、通風(fēng)安全、機(jī)電運(yùn)輸?shù)?為終端，分別賦予不同的編輯修改及訪問權(quán)限，共同構(gòu)建和共享礦圖文件，以滿足礦山建設(shè)、生產(chǎn)與管理對礦圖的需求。

3.2 礦圖要素分類與分層的指導(dǎo)思想

根據(jù)基于文件的礦圖系統(tǒng)的基本思路，首先應(yīng)系統(tǒng)地整理出各類礦圖的屬性、特點(diǎn)及相互關(guān)系，其次將所有礦圖元素按屬性和空間位置進(jìn)行分類并分層表示，形成以礦圖文件為基礎(chǔ)，圖層管理元素、礦圖管理圖層的繪圖機(jī)制，通過對圖層進(jìn)行有機(jī)組合與疊加，自動生成所需礦圖。為了滿足各類圖件的專業(yè)性與規(guī)范性，在對礦圖要素進(jìn)行分類和分層表示時，應(yīng)遵循以下原則：

(1)礦圖要素分類應(yīng)完整統(tǒng)一：即保證礦圖要素分類不重、不漏，完整統(tǒng)一；

(2)礦圖要素分類要細(xì)化：礦圖要素的分類應(yīng)盡量細(xì)化，有些大的要素可以再進(jìn)一步分解，使之真正成為構(gòu)成各類礦圖的基本元素；

(3)圖層設(shè)置與分類對應(yīng)：為使不同圖層所包含的元素不發(fā)生交叉或重疊，圖層設(shè)置應(yīng)與礦圖要素一一對應(yīng)，即一種要素對應(yīng)一個圖層。

根據(jù)礦圖要素的空間定位特性，將整個礦山的所有礦圖要素繪制到同一張“總礦圖”上，形成一個礦圖文件。隨著礦山建設(shè)與生產(chǎn)的展開，只需在“總礦圖”上進(jìn)行補(bǔ)充繪制或修改相應(yīng)礦圖要素，就能實(shí)現(xiàn)各類礦圖即時更新的要求。

4 礦圖分類及相互關(guān)系分析

4.1 礦圖分類

目前，煤礦生產(chǎn)所用的礦圖種類，可按功用不同和空間位置進(jìn)行分類。

4.1.1 按功用不同進(jìn)行分類

一個生產(chǎn)礦井必須具備的圖紙，一般分為三大類：一類是礦井測量圖；第二類是礦井地質(zhì)圖；第三類是專題礦圖。

礦井測量圖是根據(jù)地面和井下實(shí)測資料繪制而成，主要反映井田范圍內(nèi)地面的地物、地貌情況，井下各種巷道和硐室的位置，礦床產(chǎn)狀和各種地質(zhì)構(gòu)造，井下采掘情況及井上下相互位置的關(guān)系等情況。

礦井地質(zhì)圖，一般是在礦井測量圖的基礎(chǔ)上，運(yùn)用生產(chǎn)過程中收集到的地質(zhì)資料和原有的勘探資料，經(jīng)過分析推斷而成。礦井地質(zhì)圖主要反映全礦煤層的產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、地形地質(zhì)、水文地質(zhì)、煤質(zhì)空間分布等情況。

專題礦圖是為了滿足礦山安全生產(chǎn)和管理工作，根據(jù)礦井測量圖和礦井地質(zhì)圖的相關(guān)要素繪制而成。如采掘設(shè)計圖、保護(hù)煤柱圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖、避災(zāi)線路圖、排水系統(tǒng)圖等。

4.1.2 按空間位置進(jìn)行分類

礦圖所包含的要素不同，主要體現(xiàn)在屬性不同和空間位置不同。其屬性不同，決定了元素歸屬不同的圖層，它直接決定著“總礦圖”模板的質(zhì)量，也就間接影響著礦圖能否順利地生成。而空間位置的不同，不但決定了元素歸屬不同的圖層，對各類礦圖之間的關(guān)系也有影響。礦圖按空間位置可分為四類：

①地面部分：礦圖只包含地面部分的要素；②井下部分：礦圖只包含地下部分的要素；③綜合部分：礦圖同時包含地面和井下部分的要素；④不含空間信息的說明類礦圖：礦圖所包含的元素不含坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)。

4.2 礦圖之間的相互關(guān)系

由于礦圖要素在屬性和空間位置上的相關(guān)性，各類礦圖之間并不是相互獨(dú)立的，而是存在著某種聯(lián)系的。礦圖間的主要關(guān)系有：

(1)綜合關(guān)系：在不同比例尺礦圖之間，存在著礦圖要素的綜合關(guān)系，即大比例尺礦圖經(jīng)過要素綜合而生成小比例尺礦圖。

(2)包含關(guān)系：在空間上和內(nèi)容上，一種礦圖包含另一種礦圖。如：井田區(qū)域地形圖與工業(yè)廣場平面圖，儲量計算圖與煤層底板等高線圖等。

(3)合成關(guān)系：由兩種及兩種以上的礦圖，經(jīng)過疊加而成一種新的礦圖。如井上下對照圖，是由礦區(qū)地形圖與采掘工程平面圖合成而來。

(4)交叉關(guān)系：由兩種或兩種以上礦圖中的相關(guān)要素，經(jīng)過疊加繪制而成的礦圖。如儲量損失量計算圖，是由采掘工程平面圖與煤層底板等線圖或地質(zhì)構(gòu)造圖交叉而成。

(5)衍生關(guān)系：以一種或多種礦圖為基礎(chǔ)，為滿足特殊需要而制作的專題礦圖。如：各種采掘設(shè)計圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖、保護(hù)煤柱圖、避災(zāi)線路圖等。

5 礦圖要素分類與分層表示成果綜述

5.1 礦圖要素的搜集與整理

作為基于文件的礦圖系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)，獲取礦圖所包含的所有要素，進(jìn)行科學(xué)的分類分層表示，建立“總礦圖”模板，形成礦圖文件，是能否正確、規(guī)范地自動生成各類礦圖圖件的關(guān)鍵所在。礦圖中包含地面和井下兩部分要素，其中地面部分的地物、地貌與常規(guī)地形圖所包含的內(nèi)容基本一致，只是更突出了礦山地物地位。關(guān)于礦山井下部分的礦圖要素，則以《煤礦地質(zhì)測量圖例》為基礎(chǔ)，來進(jìn)行搜集整理。據(jù)整理結(jié)果顯示，礦圖要素共計有20大類，1121種，礦圖文件(總礦圖)涉及113個圖層。

5.2 常用礦圖包含要素及圖層數(shù)列表見表1

表1 常用礦圖包含要素及圖層數(shù)列表

6 結(jié)束語

基于文件的礦圖系統(tǒng)，是當(dāng)前礦圖繪制技術(shù)中的一次方案創(chuàng)新，它摒棄了過去一圖一文件的成圖方法，對礦圖要素及圖層的管理引入了數(shù)據(jù)庫的機(jī)制，提出了包含全部礦圖要素的“礦圖文件”概念。該系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，主要包括兩部分內(nèi)容，其中第一部分內(nèi)容就是本文主要討論的礦圖要素的分類、分層表示與優(yōu)化組合；第二部分內(nèi)容是以Auto CAD系列繪圖軟件為開發(fā)平臺，利用VB、VC或VBA等開發(fā)工具，具體實(shí)現(xiàn)礦圖符號庫的建立、礦圖文件的創(chuàng)建及其圖層控制功能。礦圖要素的分類與分層研究，是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)性工作，其目標(biāo)是將礦圖要素分解為組成各種礦圖的基本單元，并進(jìn)行分層表示。這一工作的科學(xué)性與合理性，直接關(guān)系到各種礦圖自動生成的正確性、規(guī)范性和成圖效率。

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