Giáo trìnhỨng dụng công nghệ GIS thành lập bản đồ cấu tạo địa chất vỉa than - Kiều Kim Trúc

Nội dung text: Giáo trìnhỨng dụng công nghệ GIS thành lập bản đồ cấu tạo địa chất vỉa than - Kiều Kim Trúc

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 39, 7/2012, (Chuyªn ®Ò Tr¾c ®Þa má), tr.65-70 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CẤU TẠO ĐỊA CHẤT VỈA THAN KIỀU KIM TRÚC, Tập đoàn Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam. Tóm tắt: Công nghệ GIS (Geographical Information System) đã được ứng dụng rất rộng rãi, tuy nhiên trong ngành mỏ nước ta vẫn còn những hạn chế. Cho nên việc phát triển GIS là việc làm cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng công tác thông tin bản đồ địa chất mỏ. Bài bào trình bầy một số ứng dụng cơ bản từ phần mềm GIS MapInfo, từ việc xây dưng cơ sở dữ liệu, thành lập bản đồ cấu tạo địa chất, trao đổi các file đồ họa và trình bầy ấn loát. Trong đó xây dựng cơ sở dữ liệu là một ưu điểm của công ngệ GIS. 1. Nhiệm vụ thông tin địa chất mỏ điểm về chuyển đổi định dạng dữ liệu và hiển Công tác trắc địa - địa chất mỏ có nội dung thị, ấn loát đồ họa. chính là đo đạc và đồ họa, trình bầy và dự báo Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam: Từ tính chất và không gian của các đối tượng để những năm 1980, ở nước ta bắt đầu ứng dụng phục vụ sản xuất khai khoáng. Thể hiện chính công nghệ GIS trong các lĩnh vực khác nhau. Đi xác cấu trúc không gian và đặc tính vỉa than là đầu là ngành trắc địa bản đồ, quân sự và các dự cơ sở đúng đắn cho các ứng dụng quan trọng án liên doanh hay có tài trợ của nước ngoài. Đến khác như thiết kế mỏ, tính toán trữ lượng, trình nay hầu như mọi ngành kinh tế quốc dân, xã bầy ấn loát bản đồ, mặt cắt, hình ảnh Nhưng hội, môi trường đều đã ứng dụng công nghệ việc này vẫn chiếm nhiều thời gian và công sức GIS. Đó là các bản đồ dân số, qui hoạch lâm các kỹ sư mỏ nếu phải thực hiện bằng các nghiệp, ô nhiễm môi trường, phân bố khoáng phương pháp thủ công. sản Trong ngành Than đã ứng dụng rất hiệu Tình hình nghiên cứu trên thế giới: GIS quả từ năm 1995, bắt đầu từ việc xây dựng bản (Geographical Information System - Hệ thống đồ quản lý ranh giới mỏ và tính toán trữ lượng. thông tin địa lý) là công nghệ thành lập bản đồ Tuy nhiên hiện nay vẫn có những hạn chế, với và phân tích không gian của Mỹ với trợ giúp nguyên nhân chính là chưa tận dụng được tính của máy tính điện tử, đến nay đã phát triển trên năng ưu việt của GIS. Cho nên việc phát triển toàn thế giới trong mọi lĩnh vực chủ chốt như rộng rãi những ứng dụng GIS là việc làm cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng công khai khoáng, môi trường, khoa học kĩ thuật, tác, đặc biệt thông tin bản đồ địa chất mỏ. Dưới kinh tế, xã hội, quân sự GIS có chức năng đặc đây là một số ứng dụng cơ bản thông dụng đối trưng quan trọng nhất và cũng là điểm mới so với phần mềm GIS MapInfo, từ những bước với các công nghệ khác là cùng xây dựng bản đơn giản ban đầu như xây dựng CSDL, tạo lập đồ và xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL), liên kết các đường đồng mức, hiển thị bản đồ và hình dữ liệu không gian (graphic) và phi không gian ảnh 3D, bao gồm cả phương pháp xử lý và kết (thuộc tính atributes) vào trong một hệ thống, quả thực hiện trên ví dụ khu vực khoáng sàng thành lập bản đồ chuyên đề và chồng xếp Hà Tu, nơi có vỉa than 16 với cấu trúc lòng chảo không gian. đặc trưng cho các khoáng sàng than Việt Nam. Phần mềm GIS MapInfo của Mỹ rất phổ biến hiện nay, tính thương mại cao, có khả năng 2. Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS làm việc với các CSDL lớn, quy mô toàn cầu. Trong công tác mỏ - địa chất, một cơ sở dữ Tuy nhiên do khả năng dễ sử dụng và in ấn đẹp, liệu toàn diện với nghĩa rộng thường đươc hiểu nên nó cũng thường được dùng cho dữ liệu quy là một sơ sở dữ liệu địa chất quan hệ mô nhỏ như bản đồ địa chất vỉa than với ưu (Relational geological database), được xây 65
2. dựng theo cấu trúc định sẵn trong các phần không có (ví dụ các phần mềm mềm tích hợp địa chất – khai thác mỏ (như AutoCAD/CAM). Vulcan, Techbase, Surpac ), hoặc phần mềm Với mỗi vỉa than, các yếu tố cần thể hiện cơ sở dữ liệu của Microsoft là MsAccess. chính là thông tin vị trí các lỗ khoan, tọa độ, độ Trong đó, các thông số cơ bản thường là kết cao miệng lỗ khoan, vách và trụ vỉa than, chiều quả khoan thăm dò, hành trình lỗ khoan, chất dầy, góc dốc vỉa than. Tiếp đến là các đường lượng mẫu Chúng được sắp xếp vào các bảng đồng mức độ cao vách và trụ vỉa than, các khác nhau như bảng tọa độ lỗ khoan, bảng độ đường đồng đẳng giá trị chiều dầy, góc dốc, độ cong lỗ khoan, bảng cấu tạo địa chất, bảng tính tro vỉa than chất cơ lý đá Cấu trúc một cơ sở dữ liệu vỉa than dạng Trong các phần mềm GIS, cơ sở dữ liệu có bảng trên phần mềm Ms Excel được trình bầy cấu trúc đơn giản hơn, nó có thể được xây dựng như trên hình 1. CSDL dạng bảng được cấu tạo hoặc trích ra từ các CSDL trên Ms Access như từ các hàng và cột. Hàng (row) thể hiện dữ liệu trên, hoặc đơn giản hơn là từ Ms Excel, hoặc từ của từng công trình khoan bắt đầu từ số thứ tự, các phần mềm GIS chuyên dụng. Đối với các tên lỗ khoan Cột (colum) thể hiện giá trị các phần mềm đồ họa hiên nay thì khả năng xây dữ liệu theo từng thông số của từng lỗ khoan dựng và xử lý CSDL là một điểm ưu thế của như tọa độ X, tọa độ Y, tọa độ Z, độ cao vách phần mềm GIS mà nhiều phần mềm đồ họa khác vỉa than, độ cao trụ vỉa than, chiều dầy vỉa than, độ tro vỉa than Hình 1. Bảng đặc tính vỉa than trên bảng MsExcel (V16 mỏ Hà Tu) (a) Xây dựng cấu trúc các trường dữ liệu. (b) Xây dựng thành phần đồ họa của dữ liệu Hình 2. Xây dựng CSDL trên phần mềm GIS MapInfo 66
3. Để có được CSDL trên phần mềm GIS vỉa than được khai báo và định dạng theo các MapInfo, có thể tiến hành xây dựng dữ liệu đặc tính cụ thể (Xem hình 2.a). dạng bảng Excel như trên hình 1, sau đó sử Với CSDL như trên, cần phải tạo ra các file dụng lệnh Open file Excel và lưu giữ sang định đồ họa tương ứng. Sử dụng các lệnh dạng của MapInfo. Tiếp theo trên MapInfo sử Table/Create points để tạo các thành phần đồ họa dụng các lệnh Table/Maintainance Table để của CSDL. Chọn các tọa độ XYZ tương ứng khai báo cấu trúc CSDL, đặt tên và định dạng như trên hình 2.b. Sau lệnh này, các bản đồ với các trường field (tương ứng các cột). Ví dụ CSDL đã lập thể hiện lỗ khoan và đặc tính vỉa Trường “Tên lỗ khoan” đặt tên là “TenLK”, than một cách nhanh chóng và chính xác. Sau đó chọn dạng Text, chọn độ dài 8 ký tự. Trường Lưu tất cả các thay đổi vào file tương ứng định tọa độ X đặt tên là X, có dạng số thập phân dạng của MapInfo và chúng ta đã có bảng CSDL (decimal). Tương tự như vậy, các trường tọa độ GIS MapInfo như trên hình 3 [2] và thành phần Y, Z, độ cao vách trụ vỉa than, độ tro, chiều dày đồ họa - bản đồ như trên các hình vẽ mục 4 [1, 2]. Hình 3. Bảng CSDL vỉa than trên phần mềm GIS MapInfo (V16 mỏ Hà Tu) 3. Xây dựng bản đồ cấu trúc vỉa than hoặc trên máy tính thông qua giao diện với màn hình. Nhưng với chức năng mô hình hóa trên Một cách truyền thống thì bản đồ cấu trúc máy tính điện tử, công việc này được thực hiện đường đẳng trị vỉa than vẫn được vẽ bằng phương pháp thủ công, hoặc trực tiếp trên giấy dễ dàng và nhanh chóng hơn nhiều. (a) Xây dựng lưới nội suy các trường dữ liệu. (b) Xây dựng đường đẳng trị đồ họa của dữ liệu Hình 4. Xây dựng lưới nội suy và đường đẳng trị contouring 67
4. Từ CSDL đã được thành lập như trên, với - Contouring (hình 5b): Chọn Map/ lệnh thành lập lưới nội suy Griding từ các phần Contour/ chọn file tương ứng, chọn cách thể mềm chuyên dụng có thể mô hình hóa xây hiện các đường đẳng trị như tên giá trị, định dựng mạng lưới điểm các giá trị nội suy. Trên dạng chữ viết và ta có kết quả như trên hình cơ sở đó thực hiện việc xây dựng các đường 6, 7. đẳng trị contouring tương ứng bằng cách sau: - Exporting/Import Graphic: Bước tiếp theo - Griding (hình 4a): Thực hiện bước lệnh là phải chuyển đổi các đường đồng mức giữa Grid/Data – chọn file CSDL, chọn trường tọa các phần mềm thông qua định dạng trung độ xyz, chọn trường dữ liệu để mô hình hóa, chuyển bằng cách Export file/ Xuất dữ liệu đồ chọn kích thước ô lưới (Grid Line Geometry), họa sang file Interchanged, chọn phương pháp chọn các phương pháp nội suy (Griding chuyển đổi tọa độ và lưu giữ các đặc tính (hình Method) và sau đó lưu giữ file kết quả vào định 5a) và sau đó nhấn lệnh Import file để nhập dữ dạng tương ứng (*.grd) . liệu đồ họa. (a) Xuất file đồ họa qua định dạng DXF. (b) Nhập file đồ họa qua định dạng DXF Hình 5. Chuyển đổi thành phần đồ họa đường đẳng trị Trên cơ sở này, các đường đồng đẳng giá Data. Đồng thời thông qua chức năng Layer trị đã được tự động xây dựng nên và lưu giữ ở Control để chồng xếp các lớp thông tin khác định dạng đồ họa của GIS MapInfo. nhau. 4. Trình bày hiển thị kết quả đồ họa Khi cần thể hiện hình ảnh không gian 3 Trên cơ sở các bước thực hiện trên đây, chiều (3D) của đối tượng, có thể sử dụng các CSDL và bản đồ trong GIS MapInfo đã được chức năng tạo lập bản đồ chuyên đề lưới nội xây dựng và lưu giữ một cách nhanh chóng và suy qua các nút lệnh Map/ Create Thematic chính xác. Dữ liệu vỉa than trên GIS MapInfo Map/ Grid và Create 3D Map để có được kết bao gồm thành phần CSDL các bảng thuộc tính quả như trên hình 8. các vỉa than và thành phần đồ họa các vỉa than, như đường đồng đẳng giá trị độ cao vách, độ Bản đồ đồng đẳng độ cao vách và trụ vỉa cao trụ, độ tro, chiều dày than, chiều dày và độ tro vỉa than là cơ sở quan Ví dụ bản đồ đồng đẳng trụ vỉa than được trọng cho việc tính toán trữ lượng mỏ và thiết trình bày trên hình 6, bản đồ đồng đẳng độ tro kế khai thác mỏ. Kết hợp với chức năng mô vỉa than được trình bày trên hình 7. Với CSDL hình hóa, đây cũng là cơ sở cần thiết cho việc đã có, trên bản đồ có thể nhanh chóng gọi ra để thực hiện một cách tự động và liên hoàn trên thể hiện các giá trị như Tên lỗ khoan, độ cao máy tính điện tử những công việc như tính toán vách trụ, giá trị đường đồng đẳng hoặc độ tro, trữ lượng, thiết kế mỏ, tối ưu mỏ và nhiều ứng chiều dầy vỉa than thông qua nút lệnh Label dụng liên quan khác. 68
5. Hình 6. Bản đồ đẳng trụ vỉa than (V16, mỏ Hà Tu) [1] d LK8 C68 .5.71 13 1414 .1515 1616. 1616. 1717 1616 12 C264 .4.32 6 8 8 8 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 C82 7 A1 C17 11 11 11 11 11 11 11 11 11 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 C18b 9 11.71 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 . . . 12 12 12 12 12 12 10.18 12 12 12 6.68 14.84 10.18 13 13 13 13 13 13 13 13 13 12 12 12 12 12 12 12 12 .10.94 12 14 14 10.9414 14 14 14 14 14 m 14 15 15 15 15 15 15 15 15 15 16 16 16 16 16 16 16 16 16 17 17 17 17 17 17 17 17 17 C301 . 12 12 12 12 12 12 12 12 12 19 19 19 . 19 19 19 . 19 19 19 . C240 1818. 22.99 C266 14 16 A2 C84B C221 . 13 6 6 6 6 6 6 6 6 C72b 6 . . 14.72 . . 20.07 .6.62 7.27 16 16 16 16 16 16 16 16 16 g C113b . C303 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 . .5.55 8 8 8 8 8 8 8 8 8 15 15 15 15 15 15 15 15 15 9 9 9 9 9 9 9 9 9 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 9 9 9 9 9 10 10 10 9 9 9 10 10 10 10 10 10 8 8 8 8 8 8 8 8 8 C242 C263 C76 C221A 10 10 10 10 10 10 10 10 10 C77 . 9 9 9 9 9 9 9 9 C230 9 . .10.83 11 11 11 11 11 11 11 11 11 . . . 10 10 10 12.96 10 10 10 12.96 10 10 . 8.02 10 12.96 12 12 12 12 12 12 14.68 12 12 12 14.68 C243 d C286m .14.23 h C267 1515 . C248 11 . ,7.25 , 12 12 12 16.65 12 12 12 16.65 12 12 . 12 16 7.66 16 16 16 16 16 16 16 16 19.25 16 C283 A5 LK15 14 C218BC218.C265LK20 13 13 13 1313 13 13 13 1313 13 13 . 13 LK11 1313 191919 .4.43 .12.15 C305191919 A6 12 12 12 12 12 12 14 14 14 12 12 12 14 14 14 14 14 14 .14 1818 . . . C222 21.48 11.01. C273 . 17 C272 . 15 15 15 15 15 15 15 15 7.12 15 14 14 14 14 14 14 14 14 1313 14 17 17 17 16 16 16 17 17 17 16 16 16 17 17 17 16 16 16 .10.06 18 18 18 18 18 18 18 18 C246 18 19 19 19 19 19 19 19 19 . 15 C236 C249 19 C254 20 20 20 20 20 20 20 20 14 20 C223 13 14 .9.81 .5.71 .6.1 151515 5.71 C237 151515 . C81 11 12 19.33 10 h C74 9 212121 .6.53 . 212121 202020 C225 .25.12 7 .5.45 18 19 15 17 C70 C247 16 14 1010 1111 777 . 12 666 888 12 666 888 12 666 888 99 . 99 13 . C282 .6.07 b¶n ®å ®ång ®¼ng ®é tro tbc vØa 16 má hµ tu b¶n vÏ sè : 21c Hình 7. Bản đồ đẳng độ tro vỉa than (V16, mỏ Hà Tu) [1] 69
6. Hình 8. Mô hình 3D địa hình khu khai thác vỉa than [1] 5. Kết luận và kiến nghị và vỉa quặng khoáng sản khác trong ngành khai Công nghệ GIS với phần mềm MapInfo rất khoáng. phổ biến trên thế giới, tiện lợi, dễ sử dụng, in ấn đẹp. Các file dữ liệu có định dạng chuẩn, kích TÀI LIỆU THAM KHẢO thước bé, dễ chuyển đổi, dễ truy cập. Việc 1. Đoàn Văn Kiển (chủ nhiệm), Nguyễn Chí thành lập nên các bản đồ cấu trúc vỉa than một Quang, Kiều Kim Trúc và nnk. Xây dựng Cơ sở dữ cách tự động thể hiện chính xác cấu trúc không liệu địa chất khoáng sàng than Tổng Cty TVN. gian và đặc tính vỉa than là cơ sở đúng đắn cho Công ty PT Tin học, Công nghệ và Môi trường các ứng dụng quan trọng khác như thiết kế mỏ, TVN. Hà Nội. 2001. tính toán trữ lượng, trình bày ấn loát bản đồ, 2. Nguyễn Chí Quang, Kiều Kim Trúc, mặt cắt và hình ảnh Nguyễn Đức Thoại, Nguyễn Trọng Khiêm và nnk. Hiệu quả nhờ ứng dụng GIS MapInfo là Hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bản đồ Quy hoạch nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản giao ranh giới quản lý, bảo vệ, khai thác than TVN. phẩm, tạo thuận lợi cho người dùng theo dõi và Trung tâm ứng dụng tin học, công nghệ cao và môi điều hành sản xuất, góp phần hiện đại hóa và trường, TVN. Hà Nội. 1996. hội nhập với khoa học công nghệ thế giới. 3. David J Maguire, M. F Goodchild, D. W Rhind. Geographical Information Systems. Đây là 1 trong những ứng dụng hiệu quả về Longmam Scientific & Technical. New York. 1994. sử dụng công nghệ bản đồ số và CSDL với ví dụ cho trường hợp vỉa than 16 mỏ Hà Tu, nó 4. Ed. McElroy. MapInfo User’s Guide. cần được phát triển nhân rộng cho các vỉa than MapInfo Corporation. Troy, New York.1994-2006. SUMMARY Application of GIS for creating geological structural map of coal seam Kieu Kim Truc, Vietnam National Coal and Mineral Industries Group (VINACOMIN) GIS has been applied widely untill now, but there is some restriction of its application in Vietnam mining indudstry. This is why to develope GIS here is of great need for enhancing the creating map of geological information. The paper introduces main application of GIS MapInfo for creating geological structural map of coal seam, from simple steps, like creating database, gridding data, contouring grid, exchanging graphic files and displaying map and image. In addition, creating databse is an advantage of the GIS technology in mapping. 70