术语表

地形与矿业工程术语表

地形建模与矿山工程的词汇量不大,却不容含糊:该用 DTM 的地方用了 DSM,或者该转换坐标系时却只是指定,都会在外观不变的情况下改变结论。这里收录的正是这类工作中反复出现的术语,用浅白的方式解释,并在有更深入页面时给出链接。

曲面与地形模型

DEM — 数字高程模型

一种栅格格网,每个单元存储一个地面高程值。它是几乎所有地形计算的底层:体积、断面、坡度、水文与等高线都由它推导而来。

实际使用中,“DEM”既被当作任何高程格网的统称,也在狭义上等同于裸地模型。当这个区别重要时,请明确说 DSM 或 DTM。

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DSM — 数字表面模型

包含地面之上一切物体的高程曲面:建筑、植被、设备与料堆。它是摄影测量流程在任何滤波之前最先产出的成果。

量测料堆时 DSM 是正确的曲面;在林地上算地面土方时它是错误的曲面——树木会被当成物料计入。

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DTM — 数字地形模型

移除了建筑与植被、只保留地面的裸地高程曲面。土方工程量与设计面都应当相对它计算。

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DSM 与 DTM 的区别

DSM 是采集到的原样曲面,包含其上的物体;DTM 是这些物体被移除之后的下方地面。在开阔地二者几乎一致;在植被或建筑处,二者相差的正是那些物体的高度。

这个区别决定的是数字,而不是图像。在该用 DTM 的地方用 DSM 算出的体积,误差大致等于物体高度乘以它们所覆盖的面积。

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TIN — 不规则三角网

由连接实测点的三角形(而非规则单元格网)构成的曲面。它能精确沿用特征线与密集实测点,这也是设计面常以 TIN 存储的原因。

TIN 与栅格 DEM 描述的是同一件事,只是方式不同:点密度变化大时 TIN 更高效,点密度均匀时栅格更高效。

点云

一组实测三维点,通常来自 LiDAR 或摄影测量中的密集匹配。它是量测成果而不是曲面:必须先分类或栅格化,才能在其上计算体积。

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正射影像

经过相机倾斜与地形起伏改正的航空影像,使每个像素都落在真实的地图位置上,可以直接在其上量距。

未经改正的航空照片不是正射影像:在坡地上位移可达数米。

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GSD — 地面采样距离

影像上一个像素在地面所代表的距离,通常以 cm/像素表示。GSD 为 2 cm 即每个像素覆盖 2 cm 地面。

GSD 决定您能看到的最细节部,但它不等于精度——控制不佳时,2 cm GSD 的成果在绝对位置上仍可能偏差一米。

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山体阴影

按选定太阳角度对地形施加光照的晕渲表达,使坡面与山脊读起来是形态而不是一组色值。

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等高线

连接相同高程点的线。相邻两条线之间的高差是等高距,而线的疏密程度就是地面的陡缓程度。

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特征线(断裂线)

地形坡度发生突变的线——坡顶、坡脚、路缘、边沟。忽略特征线的曲面,恰恰会把最重要的地物磨圆。

坡度、排水与通视

坡度

某点地面的陡缓程度,可用度数、百分比或 1:3 这样的比值表示(一垂直比三水平)。

这三种表示在口头交流中并不能互换:33% 约为 18°,1:3 也是同一个 18°——但把 1:3 误读成百分比,就变成了 3%。

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坡向

坡面所朝的方位。它决定该坡面能获得多少日照,因此在光伏、融雪与复绿等问题中至关重要。

流域(集水区)

汇流至同一个出口点的地面范围。其边界沿分水岭延伸,而其面积正是把降雨量换算成流量的关键。

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汇流累积量

对每个单元而言,经由它汇流的上游单元数量。数值高的位置勾勒出沟道网络;这是由 DEM 推导水系的标准做法。

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通视域

从给定观察点、给定高度出发可见的范围,通过对每个单元的视线与其间地形逐一求交计算得到。

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体积与土方

挖方

为把现状地面降到设计面或设计标高而必须清除的物料。在挖填方成果中,它是现状曲面高于设计的那部分体积。

填方

为把现状地面抬升到设计面或设计标高而必须补充的物料——即设计高于现状曲面的那部分体积。

挖填方

对两个曲面之间、或曲面与某一标高之间需要清除多少与需要回填多少的成对计算。以两个独立数字加上其净值的形式报告。

只看净值会掩盖工作量:10,000 m³ 挖方与 10,000 m³ 填方净值为零,但仍然是 20,000 m³ 的搬运。

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平衡标高

挖方体积等于填方体积的平台标高,此时既不必外购土方也不必外运。它位于挖方与填方两条曲线的交点。

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桩号方量(断面法)

由沿中线在规则桩号处截取的断面面积,再在桩号之间积分求得的体积——道路与渠道土方的经典算法。

桩号间距决定精度:断面之间隔得太远,就会漏掉其间地面的形态。

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土方调配图

沿中线绘制的“挖方减填方”累计曲线。其上升段与下降段显示物料在何处有余、在何处不足,从而也显示要运多远。

料堆

现场堆存的已开采或已加工物料。其体积在基准面之上量算,再乘以物料密度得到用于库存的吨位。

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堆积密度

物料按现状堆放时单位体积的质量,含颗粒间空隙——通常以 t/m³ 计。它是把量测体积换算为吨位的系数。

堆积密度不同于岩石本身的密度,而且原状物料与堆存物料之间还会再次不同。

松散系数(原状与松散体积)

物料被开挖并松动后体积的增加量。原状 1 m³ 岩石在车上可能占据 1.3–1.6 m³,这正是测量体积与车次统计很少一致的原因。

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基准面 / 基准标高

体积据以量算的曲面或水平标高。改变它就会改变结果,因此它应当在报告中与数字并列写明。

变化检测

比较同一区域的两期测量,找出物料在何处增加、在何处减少,并以淤积与侵蚀两个体积报告,而不是给出一个净值。

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可探测阈值

能与测量噪声区分开的最小曲面变化量。低于该阈值的差异不能作为位移的证据,无论图面看上去多么干净。

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采坑与采石场设计

台阶

构成露天采坑或采石场边帮的水平阶梯之一。台阶高度是相邻两个坡底之间的垂直距离,由设备与地质条件确定。

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台阶坡面

某一台阶坡底与其上一台阶坡底之间的倾斜岩壁。其倾角称为坡面角。

坡脚

边坡的下缘,即坡面与坡底相交处。在爆破中,若坡底标高处的抵抗线过大,这里也是最容易留下根底的部位。

坡顶

边坡的上缘,即坡面与上一级台阶相接处。到坡顶的距离是在平面上量测、却在三维中最容易被误判的那个数值。

马道(安全平台)

两级台阶坡面之间留出的水平平台。它承接上方滚落的碎石并提供通行;其宽度是安全参数,而不是剩余空间。

坡面角

单级台阶坡面相对水平面的角度。它是局部的岩土参数,与整个边帮的总体边坡角不同。

总体边坡角

从最低台阶坡脚到最高台阶坡顶、计入马道之后的平均角度。它总是比各级坡面角更缓。

坡面角完全相同的两个设计,若马道宽度不同,总体边坡角可能相差很大——因此校核必须针对总体角度,而不是各级坡面。

交线(设计与地面)

设计边坡与现状地面相交、因而终止的那条线。相对真实曲面(而非假定平面)计算它,正是坡脚与坡顶位置可信的原因。

运输道路

矿山或采石场内部卡车运送物料所走的道路。其最大纵坡、宽度与曲线半径由将要使用它的最大车辆确定。

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限制纵坡

运输道路上允许的最大持续纵坡,通常以百分比表示。它对循环时间与油耗的影响超过任何其他几何参数。

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排土场(废石场)

堆放无加工价值物料的工程性堆场。其设计如同反向的采坑边帮:台阶高度、马道,以及必须能够稳定的总体角度。

矿石

所含矿物浓度足以在当前价格与成本下值得开采并加工的岩石。界定它的门槛是边界品位。

废石

为到达矿石而必须搬运、但没有加工价值的岩石。它是成本,而露天矿的大部分吨位通常就在这里。

剥采比

每单位矿石需要剥离的废石量,例如 3:1 表示每吨矿石对应三吨废石。它是露天矿最主要的经济指标。

块段模型

覆盖矿体的三维块体阵列,每个块体带有品位、密度与岩性等估值属性。它是资源估算与境界优化的标准结构。

钻孔与爆破

爆破孔网

台阶上炮孔的布置方式,由抵抗线、孔距、排列方式(方形或梅花形)以及网格相对自由面的方位确定。

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抵抗线

炮孔到最近自由面的垂直距离。它是该孔真正需要破碎的岩石,也是破碎块度最敏感的参数。

在带坡角的自由面上,抵抗线并非平面图所显示的那样:倾斜孔前方的岩石随深度递增,因此孔网是在坡脚处变紧的。

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孔距

同一排中相邻炮孔之间的距离。它与抵抗线共同确定每个孔所负担的网格面积,从而决定单位炸药消耗量。

超深

在设计底盘标高以下多钻的那段深度,使底盘能干净破碎而不留下坚硬根底。超深不足会抬高底盘,过大则会损伤下一级台阶。

填塞

填入孔口的惰性材料,用于封闭爆生气体。填塞不足会把能量以噪声与飞石的形式泄入空气,而不是传给岩石。

单位炸药消耗量

每单位破碎岩石所用炸药的质量,以 kg/m³ 或 kg/t 计。它是不同孔网之间比较爆破能量的标准方式。

自由面

爆破得以向其破碎的敞开面。没有自由面,岩石无处可动,能量就会用于震动地层而不是破碎岩体。

坐标、高程与文件格式

CRS — 坐标参考系

赋予坐标含义的定义:基准面、投影与单位。没有它,一对数字并不能描述地球上任何确定的位置。

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指定坐标系与转换坐标系

指定是声明既有坐标应当如何解释——改的是标签,不是数字。转换是把数据重投影到另一个系统——改的是数字,好让要素在地球上仍处于同一位置。

把这两者混为一谈,是少数几种“看上去一切正常、实则每个坐标都错了”的 GIS 失误之一。

EPSG 代码

EPSG 注册库中某个坐标参考系的数字标识,例如 WGS 84 地理坐标为 4326。它是明确表达“我指的是哪个坐标系”的方式。

地理配准

赋予栅格或图纸真实世界的位置,使其像素或顶点对应到地面坐标,而不是对应到任意的图像格网。

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椭球高与正高

椭球高自参考椭球面量起,是 GNSS 直接给出的数值。正高自大地水准面量起,也就是地图上“海拔高程”的含义。

二者之差是大地水准面差距,可能超过 30 m。在同一项目中混用它们,是产生固定垂直偏差的常见原因。

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大地水准面

地球重力场中最接近平均海面的等位面。它是正高的起算面,并且不是一个光滑的数学曲面。

GeoTIFF

把地理配准信息与坐标参考系一并携带在文件内部的 TIFF 影像。它是高程栅格与正射影像的标准容器。

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LAS / LAZ

点云的标准文件格式。LAS 是开放的二进制格式;LAZ 是其无损压缩形式,通常小上数倍。

DXF

以文本或二进制方式承载几何、图层与图块的 CAD 图形交换格式。它是在不同软件之间传递设计、等高线与断面的通用媒介。

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KMZ

承载地理要素及其样式的压缩 KML 文件,主要用于在没有 GIS 软件的情况下于 Google Earth 中查看现场。

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