1、第3章 礦山空間信息獲取、處理與制圖安全工程學(xué)院2017 礦山空間信息礦山空間信息是地球空間信息的一個分支或重要組成部分，礦山空間信息學(xué)是由礦山測量學(xué)逐漸發(fā)展演變而來。 礦山空間信息學(xué)可表示為在礦山勘查、設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營的各個階段，研究礦區(qū)地面與地下空間、資源和環(huán)境及其變化信息的獲取、存儲、處理、顯示、制圖、分析和利用。研究礦產(chǎn)和土地資源的合理開發(fā)與利用、區(qū)域環(huán)境測與治理且可持續(xù)發(fā)展的一門科學(xué)技術(shù)。 其主要內(nèi)容又可分為礦山 空間信息的獲取、處理與制圖三大部分。3.1 3.1 礦山空間信息獲取礦山空間信息獲取1. 水準測量水準測量 測量地面各點高程的工作稱為高程測量測量地面各點高程的工作稱為

2、高程測量。根據(jù)人們所使用的儀器和施測方法的不同，高程測量又分為水準測量、三角高程測量、GPS高程測量等。 其中水準測量是精確測定地面點高程的主要方法之一。水準測量使用水準儀和水準尺，利用水平視線測量兩點之間的高差，再由己知點高程求出未知點高程。數(shù)字水準儀數(shù)字水準儀 數(shù)字水準儀（數(shù)字水準儀（ digital levels ）是一種新型智能化的水準儀。也稱信息水準儀。數(shù)字水準儀的測量原理是將編碼了的水準尺影像進行一維圖像處理，并利用傳感器來代替觀測者的眼睛，從望遠鏡中獲得水準尺上“刻畫”的測監(jiān)信息，再由微處理器自動計算出水準尺上的讀數(shù)及儀器至標尺之間的水平距離。所測數(shù)據(jù)可在儀器顯示屏上顯示，并存儲

3、在內(nèi)置的PCMCIA 卡上；也可通過標準的RS232C RS232C 接口向計算機或相關(guān)數(shù)據(jù)采集器中傳輸。數(shù)字水準儀數(shù)字水準儀2. 2. 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量（1）水平角測量 水平角測量有測回法和方向觀測法兩種。（2）豎直角測量 豎角有兩種表示形式，都是在豎直平面內(nèi)由目標方向與特定方向所構(gòu)成的角度。一種為目 標方向與水平方向間的夾角，稱之為高度角高度角。視線上傾所構(gòu)成的仰角為正高度角正高度角，視線下傾所構(gòu)成的俯角為負高度角負高度角，其角值大小為090。 豎角觀測值一般用于三角高程測量和斜距化平距的計算中，豎角觀測的方法有中絲法和三絲法。3.1.2 全站儀數(shù)字化測圖 全站型電子測速儀（簡稱全站儀

4、）由電子測角電子測角、電子測電子測距距、電子計算機電子計算機及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)構(gòu)成，其本身是一個帶有特殊功能的計算控制系統(tǒng)。全站儀由兩大部分組成：數(shù)據(jù)采集專用設(shè)備數(shù)據(jù)采集專用設(shè)備，有電子測角系統(tǒng)、電子測 距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)且自動記錄設(shè)備等，過程控制機過程控制機，包括與測量數(shù)據(jù)相聯(lián)系的外用設(shè)備和進行計算、產(chǎn)生指令的微處理機。3.3.測量機器人測量機器人 測量機器人是自動遙控全站儀自動遙控全站儀RTS ( Robotic Total Station ）的俗稱。 測量機器人無需人員操作控制便可對目標進行快速判別、鎖定、跟蹤、自動照準和遙控測量。4. 4. 陀螺全站儀陀螺全站儀 陀螺全站儀是

5、集指北、測角、測距和數(shù)據(jù)處理為一體的新型多功能自動指北儀器，它由 陀螺尋北儀陀螺尋北儀、全站儀全站儀和測量控制器測量控制器三部分構(gòu)成。 陀螺全站儀是一種全天候、全天時、快速高效獨立的精密測監(jiān)儀器，主要用于大型隧道（洞）貫通測量、地鐵定向測量、礦山貫通測l量、建立方位基準及導(dǎo)航設(shè)備標校等領(lǐng)域。 我國目前對阿精度陀螺全站儀的得求還主要依賴于近口，國外的該類儀器多以擺式陀螺尋北儀為核心，盡管精度很高，但操作復(fù)雜、價格昂貴。4. 4. 陀螺全站儀陀螺全站儀3.1.3 3.1.3 三維激光掃描三維激光掃描 三維激光掃描技術(shù)是國際上近期發(fā)展的一項高新技術(shù)。隨著三維激光掃描儀在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這種技術(shù)已

6、經(jīng)引起了廣大科研人員的關(guān)注。 通過激光測距原理激光測距原理（包括脈沖激光和相位激光），瞬時測得空間三維坐標值的測量儀器，利用三維激光掃描技術(shù)獲取的空間點云數(shù)據(jù),可快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的場景的三維可視化模型，既省時又省力，這種能力是現(xiàn)行的三維建模軟件所不可比擬的。 按用途分類：按用途分類：可分為為室內(nèi)型和室外型。也就是長距離和短距離的不同。 按生產(chǎn)廠家不同按生產(chǎn)廠家不同：Surphaser（美國），I-site (澳大利亞maptek)，riegl，徠卡，天寶，optect，拓普康，faro等產(chǎn)家。 傳統(tǒng)測量概念里，所測的的數(shù)據(jù)最終輸出的都是二維結(jié)果（如CAD出圖），在現(xiàn)在測量儀器里全站儀，

7、GPS比重居多，但測量的數(shù)據(jù)都是二維形式的， 在逐步數(shù)字化的今天，三維已經(jīng)逐漸的代替二維，因為其直觀是二維無法表示的. 現(xiàn)在的三維激光掃描儀每次測量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X,Y,Z點的信息，還包括R,G,B顏色信息，同時還有物體反色率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實再現(xiàn)的感覺，是一般測量手段無法做到的。 點云數(shù)據(jù)處理 三維激光掃描系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)為點云數(shù)據(jù)點云數(shù)據(jù)，點云數(shù)據(jù)處理一般包含以下幾個步驟噪聲去除、多視對齊（配準）、數(shù)據(jù)精簡、曲面重構(gòu)。3.1.4 GPS 3.1.4 GPS 測量測量GPSGlobal Positioning System定義：GPS是美國研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定

8、位系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。 為滿足軍事和民用對連續(xù)實時和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國國防部開始組織陸?？杖?，共同研究建立新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的計劃，這就是目前所稱的“導(dǎo)航衛(wèi)星授時測距/全球定位系統(tǒng)”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System）簡稱全球定位系統(tǒng)（GPS）。 為使GPS具有高精度連續(xù)實時三維導(dǎo)航和定位能力，以及良好的抗干擾性能，在設(shè)計上采取了若干改善措施。GPSGPS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點GPS接收機接收機uDSNPDSNPuLEICAL

9、EICAuGARMINGARMIN uTRIMBLE TRIMBLE uASHTECHASHTECHuJAVADJAVADuGLONASS 全球?qū)驅(qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)航衛(wèi)星系統(tǒng)uGalileo系統(tǒng)系統(tǒng)u北斗系統(tǒng)：我國的北斗系統(tǒng)：我國的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)北斗系統(tǒng)目的：快速定位、目的：快速定位、實時導(dǎo)航，簡短通訊，實時導(dǎo)航，簡短通訊，精密授時精密授時 由兩顆地球同步軌由兩顆地球同步軌道衛(wèi)星組成星座，衛(wèi)道衛(wèi)星組成星座，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)簡單星結(jié)構(gòu)簡單三種定位方法三種定位方法單點定位單點定位：獨立確定待定點在坐標系中的絕對位置的方法定位精度：15m偽距差分偽距差分：利用C/A碼確定同步跟蹤

10、的GPS衛(wèi)星信號的若干 臺接收機之間的相對位置定位精度：分米級相位差分相位差分：利用載波相位確定同步跟蹤的GPS衛(wèi)星信號的若 干臺接收機之間的相對位置定位精度：厘米級,毫米級兩種基本的作業(yè)模式兩種基本的作業(yè)模式靜態(tài)：待定點相對于周圍固定點沒有可覺察到的運動 ， 進行GPS觀測資料的處理時，待定點在地固坐標系 中的位置可以認為是固定不變的。動態(tài)：在一次觀測期間待定點相對于周圍的固定點有可 覺察的運動或顯著的運動，處理該時段的觀測資 料時待定點的位置將隨時變化。 靜態(tài)定位和動態(tài)定位的根本區(qū)別并不在于待定點本身位置是否在運動，而在于建立數(shù)學(xué)模型中待定點的位置是否可看成常數(shù)。也就是說在觀測期間待定點的

11、位移量和允許的定位誤差相比是否顯著。3.2 3.2 礦山空間數(shù)據(jù)處理礦山空間數(shù)據(jù)處理 空間數(shù)據(jù)獲取工作中不論測量儀器多么精密，觀測進行得多么仔細，觀測的之間總是存在著差異。 產(chǎn)生這此現(xiàn)象的原因是測量結(jié)果中存在著測量誤差。 誤差的來源誤差的來源可能是儀器、人為或外部條件儀器、人為或外部條件的原因； 誤差的誤差的類型分為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差和偶然誤差偶然誤差。 受隨機誤差的影響，測得的數(shù)據(jù)是某個隨機變量的一個樣本，隨機誤差的出現(xiàn)通常是遵循正態(tài)分布的，因此，可以對空間數(shù)據(jù)進行必要的處理（包括平差、估計、濾波），以消除或減弱誤差的影響，或者提取出空間數(shù)據(jù)的某本規(guī)律。3.3 3.3 礦圖制圖礦圖制圖一、礦圖

12、的概念礦井在地質(zhì)勘探、設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)過程中需要繪制和應(yīng)用一系列圖紙，這些圖紙統(tǒng)稱為礦圖。二、礦圖分類一般分為三大類：地質(zhì)測量圖、設(shè)計工程圖和生產(chǎn)管理圖。（一）地質(zhì)測量圖地質(zhì)測量圖分為地質(zhì)圖和測量圖。1.地質(zhì)圖地質(zhì)圖根據(jù)地質(zhì)勘查資料和井下地質(zhì)編錄資料經(jīng)分析推斷而繪制的主要反映礦井地質(zhì)情況的圖紙，稱為礦井地質(zhì)圖。常用的地質(zhì)圖有：井田地形地質(zhì)圖、煤層底板等高線圖、各種地質(zhì)剖面圖、各種柱狀圖、煤巖對比圖、井田水文地質(zhì)圖、和資源儲量計算圖等。 2.2.測量圖測量圖 根據(jù)地面及井下實際測量的資料繪制而成的圖紙，稱為測量圖。測量圖隨礦井采掘情況的變化而逐步測量并添繪。常用的測量圖有：井田區(qū)域地形圖、工業(yè)場

13、地平面圖、采掘工程圖、水平主要巷道平面圖、井上下對照圖和主要保護煤柱圖等。 （二）設(shè)計工程圖 由設(shè)計部門設(shè)計并繪制的一系列圖紙，稱為設(shè)計工程圖。煤礦設(shè)計包括礦井初步設(shè)計、礦井改擴建設(shè)計、礦井水平延深設(shè)計、采區(qū)設(shè)計和單項工程設(shè)計等。每類設(shè)計須繪制相應(yīng)的圖紙用以說明設(shè)計方案和設(shè)計內(nèi)容。（三）生產(chǎn)管理圖 用于指導(dǎo)礦井日常生產(chǎn)工作的主要圖紙稱為生產(chǎn)管理圖，如采掘工程平面圖、采掘計劃圖和各類安全、生產(chǎn)系統(tǒng)圖。 測繪礦圖和設(shè)計礦圖都是從點開始的，首先找出測繪對象的特征點，再將這些點連接起來，就可繪出所需要的圖形了。 確定特征點的位置，是指確定它的平面位置和高低位置。點的平面位置一般用坐標表示，點的高低位置

14、一般用高程來表示。 坐標系統(tǒng)有地理坐標系、平面直角坐標系和假定平面直角坐標系。 礦圖制圖基本知識礦圖制圖基本知識一、圖幅種類及格式（一）圖紙幅面尺寸1.優(yōu)先選用基本幅面。2.必要時也可選用加長幅面。圖紙加長幅面尺寸圖紙加長幅面尺寸圖框格式圖框格式1.不留裝訂邊2.留裝訂邊比例比例（一）比例的表示方法1.數(shù)字比例 用分數(shù)或比例數(shù)字的形式表示的比例。 1 M 1/M 2.圖示比例 用圖示形式表示的比例稱為圖示比例。圖示比例可用直線比例尺或斜線比例尺表示，礦圖中常用直線比例尺表示圖樣比例（二）比例的規(guī)定（1）同一幅圖中，各個視圖應(yīng)采用相同的比例，并標注在標題欄中的比例欄內(nèi)。當各個視圖需要采用不同的比

15、例時，應(yīng)在圖名標注線下居中位置標注，特殊情況亦可在右側(cè)標注比例，但每套圖應(yīng)采用一種方法標注。（2）繪圖時所用比例應(yīng)根據(jù)圖紙內(nèi)圖形的復(fù)雜程度選取。（3）在同一視圖中圖樣的縱橫比相差過大，而又要求詳細標注尺寸時，縱向和橫向可以采用兩種不同的比例繪制，在視圖名稱下方或右側(cè)標注比例。（4）說明書中的插圖或用比例繪制有困難的圖樣，可不按比例繪制，但必須注明“示意圖”的字樣。 字符及字母字符及字母1.圖樣和技術(shù)文件中書寫的漢字、數(shù)字及字母等必須做到：字體工整、筆畫清楚、排列整齊、間隔均勻。2.漢字應(yīng)寫成長仿宋體，字體的寬度約為字體高度的2/3，并應(yīng)采用國家正式公布推行的簡化字。3.字體的號數(shù)即為字體的高度

16、（單位為mm）。字體號數(shù)共分為八種：20、14、10、7、5、3.5、2.5、1.8，其中漢字高度不應(yīng)小于3.5mm，如需要書寫更大的字，其字體高度應(yīng)按的比率遞增。 4.字母和數(shù)字分A型和B型。A型字體的筆畫寬度（d）為字高（h）的1/14，B型字體的筆畫寬度（d）為字高（h）的1/10。5.字母或數(shù)字可寫成斜體或直體。斜體字字頭向右傾斜，與水平線約成75角。6.用作指數(shù)、分數(shù)、注腳等的數(shù)字及字母，一般采用小一號的字體。 圖線及畫法圖線及畫法（一）圖線（1）各種圖線的名稱、型式、代號寬度以及在圖上的應(yīng)用見表18。 （2）圖線的寬度，分為粗細兩種，粗線的寬度b應(yīng)按圖的大小和復(fù)雜程度，在0.72m

17、m之間選擇，細線的寬度約為b/3。（3）圖線寬度的推薦系列為：0.25mm，0.35mm，0.5mm，0.7mm，1mm ，1.4mm，2mm。 （二）圖線的畫法（1）同一幅圖紙中，各圖樣比例相同時，同類圖線的寬度應(yīng)保持一致。虛線、點劃線及雙點劃線的線段長度和間隔應(yīng)各自大致相等。（2）波浪線一般可用徒手繪制，如圖140所示。其它各種線條一律用儀器繪制 。（3）虛線和虛線或者點劃線和點劃線應(yīng)交于線段中間，兩端應(yīng)以短線收尾，并應(yīng)超出物體輪廓界限之外45mm。（4）直徑小于12mm的圖，其中心線可畫成實線。 （5）虛線成為實線的連接線時，應(yīng)留出一段空隙，但兩者成某一角度相交時，結(jié)合處不應(yīng)留出空隙 。

18、 尺寸標注尺寸標注（一）基本規(guī)則（1）圖中所注尺寸數(shù)值必須與圖紙比例相符；（2）圖紙上的尺寸數(shù)字，規(guī)定以mm或m為單位，無須寫明單位。（3）每個尺寸一般在圖紙上標注一次。（二）尺寸數(shù)字、尺寸線和尺寸界限1.尺寸數(shù)字2.尺寸線3.尺寸界限（三）標注尺寸的符號標題欄標題欄1.標題欄的位置（1）每張圖紙上都必須畫出標題欄，應(yīng)位于圖紙的右下角。（2）看圖的方向與看標題欄的方向一致。2.標題欄的格式3.會簽欄圖形符號圖形符號一、圖形符號的概念一、圖形符號的概念在礦圖上，地面上的地物、地貌，井下的各種巷道、硐室，礦床埋藏狀況、巖石性質(zhì)及各種地質(zhì)構(gòu)造，機電設(shè)備，安全設(shè)施等等，都是以其相似的幾何圖形或統(tǒng)一規(guī)定

19、的符號來表示的，這些符號統(tǒng)稱為圖形符號，也稱圖例。二、圖形符號的種類二、圖形符號的種類圖形符號可分為：地面地物、地貌圖形符號，采礦圖形符號，地質(zhì)圖形符號，測量圖形符號，其它圖形符號等。三、圖形符號的作用三、圖形符號的作用應(yīng)用統(tǒng)一的圖形符號，可方便、直觀、快捷地識讀、繪制和應(yīng)用礦圖。 四、對采礦圖形符號的要求四、對采礦圖形符號的要求（1）在復(fù)制地質(zhì)圖時，仍采用原地質(zhì)圖形符號進行復(fù)制；需要在復(fù)制圖中增添設(shè)計內(nèi)容時應(yīng)按規(guī)定的圖形符號繪制。（2）為了圖紙美觀，同一張圖紙應(yīng)采用統(tǒng)一的圖形符號。（3）在采區(qū)布置及機械配備圖中，為了區(qū)別移交生產(chǎn)和達到設(shè)計產(chǎn)量時兩個階段，除按規(guī)定圖形符號繪制圖紙外，可在達到設(shè)

20、計產(chǎn)量的有關(guān)巷道部分涂上顏色，以示區(qū)別。（4）當繪制1:501:500比例的平面圖時，對平面圖中的巷道，應(yīng)采用巷道的圖形符號，然后按設(shè)計圖紙比例進行繪制。 礦圖數(shù)字化礦圖數(shù)字化 礦圖數(shù)字化是對各類礦圖數(shù)字化綜合處理的新技術(shù)，是建立現(xiàn)代礦山企業(yè)的必備條件和基礎(chǔ)建設(shè)。我國的大多數(shù)礦山還沒有建立礦圖數(shù)字化資源和應(yīng)用系統(tǒng)，礦圖處理和采礦設(shè)計都還需要用傳統(tǒng)的人工繪制方法來完成，不僅效率低、成本高，而且嚴重影響了建立信息和數(shù)字化企業(yè)的進程。 傳統(tǒng)礦圖傳統(tǒng)礦圖 傳統(tǒng)礦圖處理和進行采礦設(shè)計工作需要人工來完成， 存在的主要問題: (1)設(shè)計繪圖速度慢、周期長。設(shè)計繪圖速度慢、周期長。從設(shè)計到成圖這一過程，簡單的

21、圖紙需要10 d左右，復(fù)雜的圖紙要用2030d，有些急需的圖紙由于不能及時提交而嚴重影響礦井的正常生產(chǎn)； (2)繪圖重復(fù)工作量大。繪圖重復(fù)工作量大。煤礦生產(chǎn)使用的部分圖紙或圖紙大部分的內(nèi)容具有重復(fù)性，每繪制一張圖紙重復(fù)性的內(nèi)容都要重新繪制，浪費了大量的人力和工時； (3)圖紙質(zhì)量差，圖紙質(zhì)量差， 標準化和規(guī)范化程度低。標準化和規(guī)范化程度低。手工設(shè)計繪制的圖紙由于設(shè)計繪圖人員不同和采用的標準不同，因此成圖的質(zhì)量不同，有些圖紙由于存在問題可能給生產(chǎn)帶來嚴重的隱患，也可能由于圖紙的質(zhì)量使礦井開采耗費沒有必要的人力、物力和財力； (4)手工設(shè)計繪制的圖紙普遍存在精度低誤差大的問題，有手工設(shè)計繪制的圖紙

22、普遍存在精度低誤差大的問題，有些誤差會給生產(chǎn)帶來嚴重的問題。些誤差會給生產(chǎn)帶來嚴重的問題。此外測量數(shù)據(jù)手工填圖定位速度慢、精確度低； (5)圖紙資料利用率低，圖紙資料利用率低， 不易保存、交流和管理等；不易保存、交流和管理等； (6)成本高、效率低、效益差。成本高、效率低、效益差。礦圖數(shù)字化的定義礦圖數(shù)字化的定義 礦圖數(shù)字化是指采用手工輸入、圖象掃描、數(shù)字化儀、編程自動繪制、直接繪制等方式將礦圖矢量化，成為能夠用計算機繪制、編輯、修改、保存、輸出、交換的數(shù)字文件。 矢量化后的圖形文件常用的格式有*.dwg、*.wmf 、*.ds 等。這類文件存儲所占空間很小，一張礦井開拓平面圖也只有25050

23、0kb，一張采區(qū)平面圖不到100kb，攜帶方便，利于交換和網(wǎng)上交流。 礦圖數(shù)字化的軟件環(huán)境礦圖數(shù)字化的軟件環(huán)境礦圖數(shù)字化的軟件平臺選擇至關(guān)重要，必須滿足3條基本要求: 強大的繪圖、編輯、修改功能；操作簡單，易學(xué)強大的繪圖、編輯、修改功能；操作簡單，易學(xué)易用；價格便宜。易用；價格便宜。美國的Autodesk公司生產(chǎn)的AutoCAD繪圖軟件具有強大的繪圖、編輯、修改的功能，價格相對便宜。礦圖數(shù)字化的軟件平臺應(yīng)選用AutoCAD，這一繪圖軟件完全可以滿足各種復(fù)雜礦圖矢量化處理的要求。另外一種選擇是選用國內(nèi)開發(fā)的地測系統(tǒng)軟件與AutoCAD結(jié)合，由于一般的地測系統(tǒng)的編輯修改功能少，應(yīng)用較復(fù)雜，圖形文件

24、格式兼容性差，而且價格昂貴，所以地測系統(tǒng)的圖形必須轉(zhuǎn)到AutoCAD中進行編輯修改和出圖。礦圖數(shù)字化的主要方法礦圖數(shù)字化的主要方法礦圖數(shù)字化的方法主要有: 人工輸入、圖象掃描、數(shù)字化儀、編程繪制、采礦設(shè)計人工輸入、圖象掃描、數(shù)字化儀、編程繪制、采礦設(shè)計CADCAD。對于不同種類的礦圖要采用不同的數(shù)字化方法。 人工輸入人工輸入人工輸入坐標將礦圖數(shù)字化就是在現(xiàn)有的礦圖圖紙上， 用三角板、比例尺、量角器等量具量取特征點的坐標(x， y)，然后在AutoCAD中的選取相應(yīng)的繪圖命令，在命令行輸入量取的坐標值進行繪制。這種方式要求量測和繪圖同時進行，即圖紙上量取一個點，在AutoCAD中繪制一個點。數(shù)字

25、化圖的精確度與取點的多少有關(guān)， 對內(nèi)容多、線條復(fù)雜的礦圖，取點測量的工作量很大，繪制會占用大量的時間。比如，用這種方式繪制一張開拓平面圖，大約需要1015d。因此， 這種方式適用于繪制內(nèi)容少線條簡單的圖紙、圖幅小的圖紙，或繪制帶有尺寸標注的工程施工圖。 掃描圖象數(shù)字化掃描圖象數(shù)字化礦圖圖象掃描數(shù)字化礦圖圖象掃描數(shù)字化就是將礦圖用大型工程掃描儀掃描成點陣的光柵圖象，然后插入到AutoCAD中，通過縮放、旋轉(zhuǎn)、裁剪等編輯將圖象調(diào)整到合適的比例和位置，最后在圖象上將圖中的內(nèi)容繪制成矢量圖形。 光柵圖象是由通常稱為像素的小方塊或點排列的矩形柵格組成。AutoCAD支持的圖象文件格式包括了絕大多數(shù)用于技

26、術(shù)成像應(yīng)用領(lǐng)域的常用格式，如計算機圖形、文檔管理和映像與地理信息系統(tǒng)(GIS)。圖象文件的常用格式GIF(1gif )、JPEG(1jpg)、TIFF(1tif )、RLC(1rlc)等。掃描圖象的分辨率應(yīng)大于200 dpi 。 礦圖掃描圖象被插入到AutoCAD中后，圖中的內(nèi)容是不可修改的，并不是真正的AutoCAD的矢量圖形；此外，掃描的圖象是點陣圖象，打印的效果很差。因此，必須用AutoCAD的繪圖功能將圖象中的全部內(nèi)容繪制成圖形，使之成為能被編輯修改的高質(zhì)量的真正的數(shù)字化矢量圖形。 用這種礦圖數(shù)字化的方法繪圖速度快、成本低，而且繪制的圖形精確度高，適用于各種類型的礦圖。特別對于那些非規(guī)

27、則的內(nèi)容復(fù)雜的礦圖來說，是最經(jīng)濟、最快的一種處理方法。 數(shù)字化儀數(shù)字化數(shù)字化儀數(shù)字化用數(shù)字化儀對礦圖數(shù)字化必須購買專用的數(shù)字化設(shè)備和配置相應(yīng)的驅(qū)動程序。數(shù)字化儀是絕對定點設(shè)備?！敖^對”意味著數(shù)字化儀上的每一點都與圖形上的具體位置有著一一對應(yīng)關(guān)系，這使得數(shù)字化儀成為AutoCAD中最有用的數(shù)字化圖形工具。數(shù)字化儀可以校準或配置。數(shù)字化圖形時，要先校準數(shù)字化儀，也就是將數(shù)字化儀與圖紙的圖形坐標系對齊。如果圖紙的圖形太大，數(shù)字化儀無法容納，可以把圖形分成幾個部分輸入，但要確保對齊每一部分。使用數(shù)字化儀數(shù)字化礦圖實際上是在圖紙上選點輸入，對選取點的集合進行計算，最后以不同的方式擬合并繪制成圖形對象。這

28、種方式適合于各種礦圖的數(shù)字化，經(jīng)濟而適用，但需要密切配合，速度相對較慢。 編程繪圖編程繪圖 編程繪圖編程繪圖是用計算機語言編制自動繪圖程序，輸入原始數(shù)據(jù)后計算機自動繪圖。由于煤礦礦圖是一類復(fù)雜的工程圖件，圖中的內(nèi)容復(fù)雜多樣且具有時變性，很難用編制程序的方法繪制。究其原因，一方面是自動繪圖程序本身有一定的限制，其次是編程工作需要大量的時間和精力，最后編制的程序也很難滿足用戶的要求。但是，有一類礦圖如巷道斷面、交叉點和硐室工程圖等，雖然也具有一定的多樣性和復(fù)雜性，但在長期的生產(chǎn)與實踐中，已總結(jié)出一套相對穩(wěn)定的工程標準，可以用編程自動繪制。 編程開發(fā)常用的計算機語言包括AutoCAD自帶的AutoL

29、ISP語言，也可用C、VB、Delphi等語言進行軟件開發(fā)。如有些礦井使用的地測系統(tǒng)，就是根據(jù)鉆孔和測點坐標自動成圖，但系統(tǒng)對邊界條件的識別和處理功能低，對于復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井不適用，只能用于條件簡單的礦井。 用編程自動繪制的方法雖然簡單，但是由于礦井的開采條件變化很大，參數(shù)的選用往往誤差也較大，自動設(shè)計繪制的礦圖很難適合實際條件。此外專用軟件開發(fā)難度大、成本高、價格昂貴，一般前期開發(fā)和購買的成本為2030萬元。推薦的方法是將礦井原有的這類礦圖建立圖庫，使用時按類似條件調(diào)用，最后根據(jù)實際條件進行局部修改成圖。采礦設(shè)計采礦設(shè)計CAD CAD 采礦設(shè)計是煤礦經(jīng)常性的工作，設(shè)計的內(nèi)容含蓋了礦井生產(chǎn)的

30、各個方面。每年礦井在設(shè)計方面要耗費大量的人員、時間、精力和財力。采礦設(shè)計包括: 方案設(shè)計方案設(shè)計，如開拓方案設(shè)計等各種方案設(shè)計。方案設(shè)計圖的繪制特點是在基礎(chǔ)原圖上布置方案，并在方案圖上分析比較確定。專業(yè)性設(shè)計專業(yè)性設(shè)計，如通風(fēng)系統(tǒng)、運輸、機電等設(shè)計等。這類設(shè)計除了選型計算外，需要在礦井基本圖紙的基礎(chǔ)上繪制專業(yè)內(nèi)容形成專用的圖紙。工程設(shè)計工程設(shè)計，如井底車場、巷道斷面、交叉點、硐室施工設(shè)計等。這類設(shè)計需要按尺寸精確地繪制成規(guī)則的施工圖。這3種設(shè)計都需要在AutoCAD中直接進行，但繪制的技巧和方法有所不同。 方案設(shè)計方案設(shè)計 采礦方案設(shè)計主要在煤層等高線圖上進行，即在礦井的某一主要煤層等高線圖上

31、布置巷道、硐室、采掘面、邊界線、煤柱線等形成平面圖。剖面圖則依據(jù)鉆孔資料、綜合柱狀圖等地質(zhì)資料，基于平面圖上的等高線按某一勘探線或人為劃定的剖面線繪制的，并加上巷道等內(nèi)容。 也就是說，繪制這一類礦圖的主要步驟是：根據(jù)設(shè)計范圍先繪制合適比例的等高線圖，根據(jù)等高線圖繪制出剖面圖，最后布置設(shè)計方案。此類礦圖主要包括礦井各類平、剖面圖。 專業(yè)設(shè)計專業(yè)設(shè)計 這類礦圖有通風(fēng)系統(tǒng)、水文地質(zhì)、井下運輸系統(tǒng)、井下供電系統(tǒng)、機電設(shè)備布置、排水系統(tǒng)、管線布置系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、安全避災(zāi)線路圖等。圖紙的特點是在礦井基本圖紙的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的專業(yè)圖元并減少或省略基本圖紙中的多余部分而形成專用的圖紙。這類圖紙繪制相對簡單,

32、在原圖的基礎(chǔ)上增加和刪除內(nèi)容修改即可成圖, 但需要創(chuàng)建專用的標準圖庫。 施工設(shè)計施工設(shè)計 礦井施工圖主要包括井底車場線路布置圖、巷道斷面圖、交叉點施工圖、硐室施工圖等。此類礦圖必須按尺寸精確地繪制成規(guī)則的施工圖，具有尺寸準確、內(nèi)容齊全、標注詳細、說明全面等特點。設(shè)計一般以1 1比例設(shè)計，需要邊計算、邊測量、邊繪圖。 設(shè)計完成后，將圖縮放成出圖比例，然后進行尺寸標注，添加文字說明，最后打印出圖。用計算機設(shè)計和繪制圖的速度要比手工繪制快的多，可節(jié)省時間和精力2/3以上。 礦圖數(shù)字化新技術(shù)解決了傳統(tǒng)礦圖繪圖和采礦設(shè)計中存在的難題，是礦山企業(yè)建立數(shù)字化資源和應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)。必須加大力度推廣應(yīng)用這項

33、新技術(shù)； 礦圖數(shù)字化是指用計算機將礦圖矢量化，成為能夠方便地繪制、編輯、修改、保存、輸出、攜帶、交流的數(shù)字圖形文件。礦圖數(shù)字化的軟件平臺選擇至關(guān)重要, 必須審慎選擇。 礦圖具有專業(yè)特點，其種類繁多、內(nèi)容復(fù)雜多變、重復(fù)性強。礦圖數(shù)字化要比其他行業(yè)復(fù)雜的多，要采用綜合數(shù)字化技術(shù)處理，根據(jù)礦圖的種類不同，選擇合理數(shù)字化的方法。礦圖數(shù)字化應(yīng)用礦圖數(shù)字化應(yīng)用1 基于基于CAD的礦圖數(shù)字化的礦圖數(shù)字化 礦圖數(shù)字化的初期，急需解決的問題是圖紙繪制和存儲方式問題，即如何將大量手工繪制的圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C存儲的問題。這個問題可以用兩種方法加以解決。 一種方法一種方法是借助通用的CAD(計算機輔助設(shè)計)軟件，用點、

34、線描繪圖形的邊界，形成矢量圖形成矢量圖。矢量圖與工程上處理圖紙的習(xí)慣和方法接近，因此這種方法被工程界廣泛使用。 另一種方法另一種方法是用掃描儀對圖紙掃描掃描，形成點陣圖形成點陣圖。這種方法也有應(yīng)用，但一般還需要將點陣圖轉(zhuǎn)化為矢量圖般還需要將點陣圖轉(zhuǎn)化為矢量圖，轉(zhuǎn)化的方法可以使用專用的矢量化軟件，也可以手工進行。在這個發(fā)展階段中，手工繪制的礦圖轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶繄D，實現(xiàn)了礦圖的矢量化實現(xiàn)了礦圖的矢量化。目前國內(nèi)大、中型礦井都已經(jīng)完成了這個轉(zhuǎn)變，一些管理先進的礦山也已經(jīng)認識到它的必要性，著手開展這方面的工作。 礦圖矢量化過程必然涉及到相應(yīng)的計算機軟件。國內(nèi)外CAD通用軟件有許多種版本。這其中,我們認為Au

35、toDesk公司推出的AutoCAD系統(tǒng)性能較好，國內(nèi)外用戶也較多。由于礦山工程圖與地理圖形相比，還有自己的許多特殊要求或特點，通用軟件難于全部滿足要求，一般還需要用戶研制部分專用的程序或軟件，完善其功能。 采礦工程決策所依據(jù)的基礎(chǔ)信息，礦圖固然是很重要的內(nèi)容，但是其它表現(xiàn)形式的信息，諸如數(shù)據(jù)、圖形與圖形之間的關(guān)系、圖形邊界之間的拓撲關(guān)系等，也是決策所需要的內(nèi)容，而且這些信息需要與圖形信息相聯(lián)系，才能更好地為礦山系統(tǒng)的技術(shù)決策服務(wù)。顯然，僅有計算機存儲和編輯圖形功能的礦圖，不能滿足顯然，僅有計算機存儲和編輯圖形功能的礦圖，不能滿足采礦工程決策的要求，于是，基于地理信息系統(tǒng)的礦圖數(shù)字化的采礦工程決策的要求，于是，基于地理信息系統(tǒng)的礦圖數(shù)字化的任務(wù)提到了議事日程。任務(wù)提到了議事日程。 2 2 基于基于GISGIS的數(shù)字化礦圖的數(shù)字化礦圖 GIS與與CAD系統(tǒng)有很大的區(qū)別：系統(tǒng)有很大的區(qū)別： CAD系統(tǒng)提供交互式的圖