GIS空间数据模型在矿山地质测绘中的应用研究

引言

矿山资源作为国家经济发展的重要物质基础，其开发利用与合理规划始终备受关注。在矿山开采全周期中，地质测绘工作承担着提供基础地质信息的重要职责，对矿山规划、设计、开采及安全管理等环节有着重要影响。GIS（地理信息系统）以其独特的空间数据处理、分析与可视化能力，在多个领域展现出显著的应用价值。对 GIS 空间数据模型在矿山地质测绘中的应用进行探究，或能为提升测绘工作质量、优化矿山安全生产管理、推动矿山资源可持续开发带来积极影响。

1 GIS 空间数据模型概述

1.1 GIS 空间数据模型的定义与作用

GIS 空间数据模型作为地理信息系统的重要理论基础，通过对地理实体及现象的抽象表达，构建了一套关于数据组织、存储及操作的规则体系。这种模型将复杂地理信息转化为计算机可处理的数据形式，为地理空间信息管理与分析提供了有效途径。在矿山地质测绘领域，借助 GIS 空间数据模型，能够对地质体的空间分布、形态特征及属性信息进行系统性整合，有望为后续地质分析、资源评估及开采设计等工作提供数据支撑。

1.2 GIS 空间数据模型的分类

矢量数据模型：矢量数据模型通常以点、线、面等几何元素表征地理实体，通过坐标体系对实体的空间位置与形态予以精准刻画。该模型在表达地理实体边界及拓扑关系方面表现出良好的适配性，常用于描述断层线、矿层边界等具有清晰边界特征的地质体。其优势在于数据精度较高且具备较强的空间分析能力，但在实际应用中，可能存在数据存储需求较大，处理复杂地理现象时运算效率欠佳等情况。

栅格数据模型：栅格数据模型将地理空间分割为规则网格单元，每个单元以特定数值反映地理实体属性信息。此模型适用于呈现地形高程、地质岩层分布等连续性地理现象，凭借其简洁的数据结构，在数据存储与处理方面展现出一定优势，尤其适用于表面分析与空间模拟等操作。不过，该模型在数据精度方面存在一定局限性，同时可能伴随数据冗余问题。

2 GIS 空间数据模型在矿山地质测绘中的应用

2.1 数据采集与预处理

多源数据采集：在矿山地质测绘工作中，GIS 空间数据模型为多源数据的融合提供了一种可行途径，涵盖地质勘探钻孔数据、地形测量数据、遥感影像数据等多个方面。借助全站仪、GPS 等测量设备，能够获取矿山地形的坐标数据；通过遥感技术，可实现大范围地质地貌信息的采集；而钻孔取样则是获取地质岩性、矿化度等属性数据的重要方式。将这些数据依据不同的空间数据模型进行组织与存储，或许能为后续的分析和应用提供有力支撑。

数据预处理：由于采集到的数据可能存在噪声、缺失值等情况，对其进行预处理显得尤为必要。基于 GIS 空间数据模型，可尝试开展坐标转换、格式转换、数据插值等处理工作。比如，将不同坐标系下的测量数据统一转换为矿山工程适用的坐标系；针对缺失的地形高程数据，采用克里金插值法进行补充，以此在一定程度上保障数据的完整性和准确性，为后续测绘和分析工作提供基础条件。

2.2 数据存储与管理

数据库设计：考虑到矿山地质数据的特性与实际应用需求，可尝试基于 GIS 空间数据模型构思较为合理的数据库架构。将矢量数据与栅格数据分置于不同的数据库表中，并借助空间索引技术，有望提升数据的查询与访问效率。例如，针对矿层边界等矢量数据，四叉树索引或 R-树索引或许能实现目标数据的快速定位与检索；而对于地形栅格数据，采用金字塔结构存储，或可达成不同分辨率下数据的快速加载与展示。

数据更新与维护：由于矿山开采属于动态过程，地质条件及开采环境始终处于变化状态，因此地质测绘数据的及时更新具有重要意义。运用 GIS 空间数据模型，或许能够实现数据的版本管理与增量更新。当矿山开采区域出现变动时，理论上仅需更新对应区域的数据，无需重新存储整个数据集，这在一定程度上或可提高数据管理的效率与灵活性。此外，通过构建数据备份与恢复机制，对保障数据的安全性与可靠性可能有所助益。

2.3 空间分析与应用

地形分析：依托 GIS 空间数据模型中的栅格数据，可尝试开展地形相关分析工作，如等高线绘制、坡度坡向测算以及通视性研判等。等高线图的绘制有助于呈现矿山地形的起伏态势；坡度坡向的测算结果，或能为矿山道路规划与开采工作面布局提供一定参考；通视分析的结论，或可作为确定监测点位与通讯设备布设位置的依据，从而助力保障矿山生产安全。

矿体建模与资源评估：借助 GIS 空间数据模型的矢量和栅格数据，并结合地质勘探成果，可探索构建三维矿体模型。通过对矿体空间形态、品位分布等信息的分析，或能对矿山资源储量进行估算，进而辅助确定矿体开采边界与开采顺序。例如，运用克里金估值法对矿体品位进行插值处理，生成的矿体品位分布图，或可在矿山开采方案制定过程中发挥参考价值。

地质构造分析：GIS 空间数据模型能够对断层、褶皱等地质构造信息进行可视化呈现与空间解析。通过剖析地质构造的空间展布特征及其相互关系，或可对滑坡、坍塌等地质灾害的发生可能性作出预估。同时，分析结果或能为矿山开采过程中规避地质构造复杂区域、保障施工安全提供决策参考。

3 优化策略

3.1 加强数据标准化建设

考虑建立统一的数据采集、存储与交换标准体系，对数据格式、坐标系及精度要求进行系统性规范。可探索构建数据共享平台，以此促进多源数据的有机整合与顺畅流通，在一定程度上缓解数据整合的复杂程度，进而提升数据处理效能。

3.2 简化模型构建与优化算法

探索研发操作界面友好、功能简洁的 GIS 空间数据模型构建工具，适当降低专业技术壁垒，为地质工作者开展模型构建与应用提供便利。在算法层面，可尝试对模型计算与分析流程进行优化，以此提升运算效率，从而更好地契合矿山生产对时效性的需求。比如，可考虑引入并行计算技术，对三维矿体建模及空间分析流程加以改进。

3.3 强化数据安全管理

建议构建系统化的数据安全管理体系，可综合运用数据加密、访问控制、身份认证等技术手段，提升数据安全防护水平。在推动数据共享过程中，宜完善安全监管机制，通过精细化权限管理策略的制定与实施，促进数据在合规、安全的环境下实现有效流通与合理应用。

结束语

GIS 空间数据模型在矿山地质测绘领域展现出一定的应用潜力，有望在提升测绘精度、作业效率与智能化水平等方面发挥积极作用。在实际应用过程中仍面临一些挑战，或可尝试通过有效措施加以改善。展望未来，随着 GIS 技术的持续演进，空间数据模型或将在矿山地质测绘工作中发挥更为关键的作用，助力矿山行业朝着智能化、数字化方向稳步发展。

参考文献

[1]张成伟,武艳文,张焱,等.矿山钻机自动取样分析系统的研究及应用[J].水泥工程,2023(3):63-65.

[2] 孙 杰 , 刘 亢 , 谭 克 龙 , 等 .CO2 地 质 封 存 GIS 基 础 数 据 平 台 建 设 初 探 [J]. 煤 炭 学报,2023,48(7):2936-2948.

[3]李梅,康济童,刘晖,等.基于 BIM 与 GIS 的矿山巷道参数化三维建模技术研究[J].煤炭科学技术,2022,50(7):25-35.