露天矿采场精细 DEM 的建立及采剥量计算

【前言】露天矿采场精细 DEM 的建立及采剥量计算由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。引言 自1999年首届“国际数字地球”大会上提出了“数字矿山”(DihgalMine，简称DM)概念以来，DM的思想已开始深入人心，DM科学研究与技术攻关已悄然兴起。2001年“国际PCOM”会议上组织了首次“国际DM”主题讨沦;2004年4月中国科协青年科学家论坛第86次活动以“数字矿...

摘要：以建立某露天矿精细dem为例，介绍了以DWG 格式地形图为数据源，提取建立精细DEM 的高程数据的方法；采用在原始数据中加入台阶属性和在生成的Delaunay三角网中加入约束条件生成露天矿精细DEM 的方法，实现了露天矿三维地形表面的精确描述，并利用采场精细DEM模型进行露天矿采剥量计算，实现带约束条件的露天矿采场精细DEM模型的建立算法及模型动态更新。

关键词：露天矿采场;精细DEM模型;采剥量计算

Abstract: In order to establish an open pit fine DEM example, describes topographic map in DWG format data sources, extraction fine DEM elevation data to establish methods; using the original data attributes and adding steps in the resulting Delaunay triangulation added constraints generate fine DEM pit method to achieve a three-dimensional terrain surface pit precise description and use stope open pit stripping fine DEM model calculation, to achieve the constrained open pit mining field fine DEM model algorithms and models dynamically updated.

Key words:open pitmining field;refinedDEM model;strippingcalculation

中图分类号：TD216 文献标志码：A文章编号：

引言

自1999年首届“国际数字地球”大会上提出了“数字矿山”(DihgalMine，简称DM)概念以来，DM的思想已开始深入人心，DM科学研究与技术攻关已悄然兴起。2001年“国际PCOM”会议上组织了首次“国际DM”主题讨沦;2004年4月中国科协青年科学家论坛第86次活动以“数字矿山战略与未来发展”为主题。我国相关单位也相继开展了矿山地理信息系统(MGSI)、三维地学模拟(3DGM)、矿山虚拟现实(MVR)等方面的技术开发与应用研究。对于煤炭行业，“数字矿山”或“数字矿区”是煤炭企业实现“企业信息化工程”的主体工程。矿山数字高程模型（MDEM）是数字矿山的空间信息基础，它提供了数字矿山平面、三维空间信息，为矿山规划、矿山三维模型的建立以及矿山地理信息系统（MGIS）的建立，提供了强有力的支持平台。 MDEM 的建立，为数字矿山提供有力的技术支持。MDEM 提供了矿山二维、三维基础信息，在矿产资源评估、矿山规划、采掘设计、矿山虚拟现实等方面有着广泛的应用。

数字露天矿精细DEM模型的建立及采剥量计算

2.1DEM数据获取及处理

目前，常用于获取建立 DEM 数据的方式主要有：野外实地采集、数字化、摄影与遥感、利用现有数字线划图。野外实地采集，数据的精度高，但数据获取的工作量大，效率较低，这种方式仅适合于小范围详细比例尺的数字地形测图。用遥感或摄影测量的方法获取数据速度快，周期短，精度高，能满足对数据现势性的要求，但其技术设备昂贵，数据获取成本较高。数字化方式获取数据，数据源（地形图）易获取，数据采集速度快，但数据的现势性难以满足。目前以AutoCAD形式存储的数字线划图分布广泛，数据容易获取，图中的地物、地貌按规则分层，包含了丰富的地物、地貌的空间信息和属性信息，是一种比较理想的数据源。运用ArcGIS 9.0软件以三维可视化的形式人机交互的剔除数据粗差，生成高精度的露天矿DEM数据。

然后加入台阶属性信息，如野外实地测量所得到露天矿排土场的点号，X 坐标，Y 坐标，Z坐标，台阶号，台属性（其中，台阶号为各个台阶的编号，台阶属性），生成加入约束条件的TIN算法。

2.2建立精确DEM模型

利用带约束条件的三角网生长法生成TIN。首先按照Delaunay法则建立 Delaunay三角网，然后在三角形的边与坡顶线与坡底线相交处加入约束条件，判断约束边影响域，删除与约束边相交的三角形的边（约束条件的端点除外），应用最大角原则以约束边为基边，向左、右生成三角形。通过野外实地采集、AutoCAD地形图等方法获取露天矿DEM数据，建立露天矿DEM模型。（如图1）

图1某露天矿精细DEM模型图2分类算量示意图

2.2.1精细DEM模型进行采剥量计算

利用精细DEM模型进行露天矿采剥量的计算方法是指，利用外业测量的验收平面图，建立前后两次同一区域的地表约束DEM模型，使用累积三棱柱体积法计算整个变化区域前后两次地表模型(即精细DEM模型)至某基准高之间的体积，二者的体积差即为该段时间内变化区域总的土方剥离量。

根据生产计划中确定采场的最终形态，可以得到每个平盘的最终标高，结合实地测量得的全站仪或GPS验收数据，通过计算可以进行分类算量（如图2）。

采场的实时动态更新

在实际生产中，露天矿的地形会随着采掘工作面的进行而发生区域性变化。所以，露天矿每隔一个月就要进行一次验收测量工作，计算施工单位一个月的土方剥离量，并更新采场平面图。因此，为了能及时的得到最新的露天矿采场DEM数据，需要对已经建成的采场DEM模型进行动态更新。针对整个矿区的DEM模型而言，由于每次都只是部分区域的地形发生了变化，所以只需要对这些变化区域及其附近一定距离范围的“缓冲区”进行DEM重构，即可实现DEM模型的动态更新。根据真实的边界提取出一个延伸至“缓冲区”外边界的“扩展边界”，然后利用“扩展边界”及其内部所有新的离散点、约束线数据进行局部三角网重构，并用“扩展边界”内部的新DEM数据去更新该边界内部的原有DEM数据，由于“扩展边界”外部的数据并没有变化，而内部数据与外部数据在“扩展边界”处完全一致，从而保证新旧模型间的三角网无缝拼接，实现DEM模型的更新（如图3、图4）

图 3“扩展边界”（黑粗线） 图 4更新后的DEM模型

结论

数字矿山已是当今露天矿发展的必然趋势，运用数字化软件管理露天矿生产，合理规划设计降低采矿综合成本提高采煤质量。可在采场精细DEM基础上进行采剥量的定量计算，并可以对采场的DEM进行实时更新，为露天矿生产提供技术支持。

参考文献：

［1］车延国，李兰勇. 露天矿采场精细 DEM 建立[J ]. 辽宁工程技术大学学报,2007,06(26):841-844.

［2］徐敬海，李明峰，刘伟庆. 一种基于DEM 的土方计算方法[J ]. 南京建筑工程学院学报,2002（1）:26-31.

作者简介：苏迁军（1983-），男，辽宁大连人，助理工程师，学历：硕士，2010年毕业于东北大学采矿工程专业，主要从事采矿工程设计与科研工作。