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卫星地图在露天矿山工程前期规划设计中的应用研究

发表时间：2020/11/30 来源：《基层建设》2020年第22期作者：姚大军

[导读] 摘要：露天矿山工程建设过程中，前期规划设计工作由于会影响后续整体建设效果因此尤为重要；按以往的规划设计工作模式，须作现场勘探、地形地籍测绘、多个矿山（区）设计比选等一系列的、大量繁琐的工作；且多数原始矿山位于深山，具有植被茂盛、交通不便、工作环境差等特性；以上原因，导致露天矿山规划设计工作任务重、耗费时间长、效率低下、成本颇高；不利于推动矿山工程的整体建设进度，同时给矿山企业造成了不必要的成本浪费

        中国水利水电第九工程局有限公司七公司贵州贵阳 550018
        摘要：露天矿山工程建设过程中，前期规划设计工作由于会影响后续整体建设效果因此尤为重要；按以往的规划设计工作模式，须作现场勘探、地形地籍测绘、多个矿山（区）设计比选等一系列的、大量繁琐的工作；且多数原始矿山位于深山，具有植被茂盛、交通不便、工作环境差等特性；以上原因，导致露天矿山规划设计工作任务重、耗费时间长、效率低下、成本颇高；不利于推动矿山工程的整体建设进度，同时给矿山企业造成了不必要的成本浪费。
        本文主要梳理了前期规划设计的全流程细部工作，逐一结合卫星地图及其相关软件的对应利用，通过综合分析、研究、模拟计算及具体操作，以寻找一种较为高效、可靠的设计工作创新模式。同时，本文研究发现，利用卫星地图及其相关软件，可快速完成矿山选址、工程周边环境评估、地形地籍测绘、工程量计算、施工交通及水电设计等设计相关工作，结合少量的工程现场探勘手段，即可快速完成露天矿山工程的前期规划设计全部工作任务，利用此创新工作模式可为工程整体建设推进起到积极作用，为矿山企业节约了大量的时间成本及经济成本。
        关键词：卫星地图；矿山；前期规划；应用研究
        1前言
        在矿山建设中，无论是砂石矿山还是其它类型非煤矿山，特别是露天开采矿山，前期均需做大量的比选和设计工作，且前期规划设计工作的优劣性直接影响后续所有建设的优劣性，因此尤为重要。同时，按常规的规划设计，我们常常从前期矿山勘探、地形地籍测量、多个矿山（区）比选等大量繁琐的工作。而且，在此过程中，由于矿山植被茂盛、交通不便等特性，导致工作任务重，耗费时间长。为了提高工作效率，减小前期规划设计中的成本，利用卫星地图及相关软件，直接利用卫星地图快速完成矿山的选址、地形图提取、开挖量计算、施工交通及水电设计及周边环境评估等，本文将介绍利用卫星地图及相关软件在矿山前期规划设计中的应用。
        2矿山规划主要设计要素分析及设计方法概述
        在常规砂石矿山前期规划中，我们往往根据对外市场情况，确定一个区域进行采矿，根据砂石骨料加工系统的产能情况，以确定矿山的服务年限，最终确定矿石的总开挖量，再通过大量室外及内业工作，以实现工程设计目的，但常规设计方法繁杂而耗费大量人力、物力、财力。通过分析总结，矿山前期规划设计均可利用网络卫星地图软件结合少部分的现场探勘一一实现，具体矿山规划主要设计要素分析及对应设计方法如下表所示。
                                                                表1    矿山规划主要设计要素分析及设计方法分析表

        3网络卫星地图软件LocaSpaceViewer（图新地球）在规划设计中主要方法
        利用网络卫星地图软件进行矿山规划设计，结合设计工作步骤，需对应用到软件的平面投影面积计算、地表面积计算、土石方开挖量计算、提取地形图、道路初步布置、最终CAD成图反套卫星图校核等主要方法。
        通过对多个网络卫星地图软件进行比选，其中由“苏州中科图新网络科技有限公司开发”的LocaSpaceViewer（图新地球）软件具有功能完整全面，兼容性高等特点；该软件除专业高端定制功能外完全免费，且基础免费功能在一般的规划初步设计中已完全满足要求，以下设计案例就是应用该软件的基础免费功能来进行演示。
        4网络卫星地图在矿山规划设计中的应用操作实例
        4.1 矿山建设规模及服务年限确定
        矿山建设规模及服务年限往往通过两种方式进行确定；第一种为对外市场不定供料矿山，即通过市场调研、对外供料规模及服务年限进行确定，以满足市场需求、市场营销占比量等；第二种为固定工程特定供料矿山，即根据工程的需求规模及服务年限确定。
        矿山建设规模即服务年限确定后，即可计算矿山原料需求量，并展开具体的矿山前期规划设计工作。
        4.2 矿山初步选址
        对外市场不定供料矿山或固定工程特定供料矿山，通过确定的供料地址，在网络卫星地图上，选定周边相对完整的山头作为矿山初步选址；并通过卫星地图可参看区域地理位置、地形地貌、植被情况、交通、周边在建矿山情况、周边构筑物及人居情况等，作为初步选址的判断基本依据和参考建议。
        通过图1所示，根据供料终点结合现场踏勘情况，初步选定三个初选矿山区域。三个初选矿山基本特性见表2，通过比选，“初选矿山3”矿区距离供料终点及周边人居情况条件比其它两个矿区相对合理，可初步确定“初选矿山3”作为矿山初步选址建议，同时，需再通过现场深入踏勘、原石物理化学试验等作为补充确认意见。
                                                                              表2    矿山初步选址情况表

                                                                              图1 矿山初步选址布置图
        4.3 矿山开挖总量核算
        通过网络卫星地图查看，初选矿山3可开采高程为EL390.00m～EL110.00m。利用软件可直接框算EL110.00m以上开挖总量（软件→分析→填挖方分析→选择面→输入基准面高程110→点选“分析”计算结果）。
                                                                                表3    矿山开挖总量计算表

                                                  图2 矿山开挖总量计算图I                              图3 矿山开挖总量计算图II
        4.4 矿山资源总储量核算
        4.4.1 矿山覆盖层计算
        利用软件框算矿区总面积，同时结合现场探勘附近开挖面、浅探等方式确定平均覆盖层厚度（如10m厚），通过开挖地表总面积×平均覆盖层厚度，即可计算出矿山覆盖层总量（软件→分析→测量面积→测量地面面积→点选面积拐点→双击计算结果），详见图4。
        4.4.2 矿山资源总储量核算
        通过计算，矿山总开挖量减去覆盖层总量即可得出矿山资源总储量。同时，需核算总储量是否满足矿山原料需求量，并按矿山设计相关规范设富余系数（因卫星地图地形图相对失真，宜根据现场矿山情况比常规设计放大1.5～2倍的系数，且应在后续工作中进一步核实储量情况），若总储量不满足需求量，需核算其它两个矿山或另寻周边矿山作为原料，并重复以上操作步骤直至满足要求。
                                                                           表4    矿山总储量计算表

                                                                          图4 矿山开挖覆盖层计算图
        4.5 卫星地图提取等高线及后续设计工作方法
        第一步：提取高程点（含卫星地图绘图、CAD绘图两种数据）
        鼠标逐步点选软件→下载→提取高程→绘制矩形→导出grd格式数据文件（卫星地图绘图）、csv格式数据文件（CAD绘图）。

图5 提取高程点I

图6 提取高程点II

                                  图7 提取高程点III
        第二步：生成地图等高线
        鼠标逐步点选软件→工具→等高线生成→选取grd格式数据文件→点选生成等高线。同时，csv格式数据文件可在南方CASS软件生成CAD地形图。两套地形图结合卫星地图均可按常规设计方法完成后续道路布置、开采设计图、临建布置等具体细部设计工作。

        图8 卫星地图软件生成等高线示意图
        5 结束语
        通过上述实例可知，网络卫星地图软件LocaSpaceViewer（图新地球）虽工程量计算、面积计算、地形图生成等相比现场实测地形地貌图相对粗略，但结合现场初步探勘等可基本满足矿山前期规划设计的需求。同时，可在软件上直接提取初步等高线或购买高精度的地形地貌、地质图，可满足后续直至施工图设计前的所有工作基本要求。
        无论是砂石矿山还是其它类型非煤矿山，尤其是露天开采矿山，在矿山前期规划设计中，利用网络卫星地图软件进行相关设计工作，可减少矿山选址、工程周边环境评估、地形地籍测绘、工程量计算、施工交通及水电设计等大量重复而繁重的工作，大大地提高工作效率，节约了大量的工作时间，实为一种较为高效、可靠的设计工作创新模式。同时，利用此创新工作模式可为工程整体建设推进起到积极作用，为矿山企业节约了大量的时间成本及经济成本
        参考文献：
        [1] 王斌儒.如何利用卫星地图提高地形测量工作效率.江西测绘2013年第04期
        [2] 刘刚.卫星影像地图软件在工程项目前期中的应用.公路2018年第06期
        [3] 祝河清.手机奥维互动地图在公路施工中的应用.公路2017年第10期
        [4] 宋仁超.卫星地图软件在地质矿产工作中的应用.甘肃地质2017年第04期
        [5] 杨进功.Google Earth卫星地图数据在铁路勘察设计中的应用研究.铁道标准设计2014年第08期
        [6] 张旭.基于卫星地图快速制作总平面图.河北水利与南水北调2017年02期