基于ARCGlS的甘肃甘南境内矿山恢复治理土方量算法研究

赵星平，史海龙，李永恒

（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730000）

矿山的恢复治理土方工程与矿区人民的生活息息相关，与生态环境的改善密切相关，甚至对国民经济的发展也有着举足轻重的意义。为了更好地规划矿山恢复治理的土方工程，土方量的计算是其中一项极为关键的工作。基于ARCGIS，以甘肃甘南境内的矿山恢复治理的土方工程为例，提出一种新的土方量算法，希望能够为实现科学精准的土方量计算提供一些理论上的启发。

1 基于ARCGIS的矿山恢复治理土方量算法

传统的土方量计算在实际的工程实测过程中，很难建构起科学的数据结构，影响最终的计算结果。ARCGIS即地理信息系统，是一款专业的地理信息系统软件，能够存储海量的地理空间数据。对这些数据不仅能够数据管理、信息检索等数据空间分析，还能够利用图形操作与数学运算模拟分析出地理空间数据隐藏的关系、模式及趋势，为土方量的计算提供了关键的技术支撑[1]。基于ARCGIS的矿山土方量算法主要是利用GIS获取矿山土地信息、规格网模型（数据结构）的构建，最终实现土方量的计算。在利用ARCGIS计算矿山土方工程的土方量时，能够结合数字媒介，保持原有数据的精度，最终实现土方量的精准计算。

（1）利用GIS获取矿山地理信息。进行矿山土方量的计算数据是由平面位置和高程数据两种信息组成。获取到矿山的这两种原始数据是三角网构建线性模型最基础、最关键的一步。利用GIS获取矿山土地信息主要是通过摄影测量、空间传感器、地形图数字化等获取数据信息。在ARCMAP系统中利用3D分析模块进行数据分析处理，将矿山地理影像信息转化为文本数据。以获取到的甘南境内的矿山的5的特征点数据信息为例，详情参考表1。

表1 矿山地理采集信息

（2）规格网模型的构建。规则格网模型的构建是利用一系列在平面X（横）、Y（纵）方向上都是等间隔排列的矿山地形点的Z（高程）表示该地面点的地形。在构建规格网模型时，格网的大小对模型的精度有着直接的影响。一般情况下，为了确保土方量计算的精确度，在构建规格模型时，采样点的密度基本上决定了网格点的密度，规格网格点数应该大于或者接近矿山采样点数，也就是：

公式中，N为网格点数，n为采样点数。

在矿山区域内分布着一系列的离散点，其坐标和高程分别为xi、yi、zi(i=1,2,3....,n)，p(x,y)为任意一网格点。离散点均匀分布的情况下，P点周围的离散点主要是通过距离影响其高程的影响，因此，可以根据周围离散点的高程，利用距离加权求得P点的高程。网格点到周围离散点的距离为：

取权与距离成反比，则

取权与距离平方成反比，则

这样，在每一网格点周围可以通过可搜索若干个最近的离散点，用以计算该网格点的高程，将离散点数据转化成网格点数据，从而构建起规格网模型。

（3）土方量的计算。矿山恢复治理的土方工程中土方量的计算往往是计算数字地形表面的表面积，这一表面积对应矿山区域上空间曲面的面积。基于ARCGIS的土方量计算的数学表达式如下：

矿山区域A的表面模型函数为Z=f（x,y），则

表面积公式为：

体积公式为：

由于公式中的变量在上一章中进行了阐述，在此不再赘述。利用上述公式分别在x、y方向进行数值计算，便可得矿山土地空间曲面相应的表面积、体积的近似值，从而计算出土方量。

2 实验论证分析

为保证实验的严谨性，采用传统算法计算该矿区特征点的土方量，再利用提出的算法进行计算，作为实验论证对比，采用上述的5个特征点数据进行计算。其实验对比结果如表2所示。

表2 土方量计算结果信息对比

从数据结果可以看到，本文提出的算法精确比大多比传统算法的精确比要高。传统的算法在某一矿区特征点的土方量计算精确度稍占优势，但是优势并不明显。且无法实现对所有特征点土方量的精确计算。本文提出的土方量算法具有明显的优势，在矿山特殊地形条件的影响下，依然能够保持计算数据的精确度，实现快速准确的计算。

3 结语

本文对甘肃甘南境内的矿山恢复治理土方量算法进行分析，依托ARCGIS系统，根据其获得的矿山数据信息。构建数据结构，从而计科学准确地计算出土方量结果。实验论证表明，本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为土方量计算提供一些理论依据。