矿山测量学论文——煤矿地质测量空间信息系统及其在数字矿山中的应用.doc

煤矿地质测量空间信息系统及其在数字矿山中的应用摘要:论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,指出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华;在数字矿山三层模型的基础上,给出了感知矿山模型;明确提出感知矿山的核心问题是三个感知!,即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。关键词:物联网;数字矿山;综合自动化;感知矿山模型;感知灾害征兆;感知环境;感知设备健康状况Abstract:This paper discusses the perception of digital mine,mine and mine comprehensive automation,points out that perception of digital mine,mine is mine integrated automation in the concept of sublimation;in Digital Mine Based on three layer model,gives a mining model perception;put forward clearly perceived mining is the core issue of the three senses,perception of mine disaster!Signs,to achieve a variety of disaster early warning and forecast;perceived miners safety environment,realize the active security;perceived health status of mining equipment repair work,can forecast.Perception of mine system construction is the key to the perception layer network construction,construction goal and security.Key words:Internet;digital mine;comprehensive automation;perceived mine model;perceived hazard signs;environmental awareness;perceived health status of equipment引言：数字矿山与煤矿专业系统的应用现状“数字地球”是从高层次系统论和一体化的角度来综合利用已有的正在发展的理论、技术、数据和能力，从而更广泛、更深入、更经济地为社会提供服务。它的实质是一个含有超巨容量的信息系统，并提供管理、查询和分析这些信息的机制。与“数字地球”相适应，数字矿山、数字煤矿的发展战略将是21世纪矿山企业振兴和发展的必由之路。数字煤矿的基本任务是在煤矿基础信息数据库建立的基础上，充分利用数字采集、知识挖掘、空间分析、虚拟现实、可视化、网络、多媒体及其他新技术，为煤矿资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟仿真与过程分析提供新的技术平台和强大工具。数字煤矿的最终目标为煤矿的高度信息化、自动化、高效率，乃至遥控采矿和无人采矿。由于煤矿生产作业流程的动态性与复杂性，数字煤矿的建设必将是一个庞大的、复杂的、长期的系统工程。正文：1.数字矿山与煤矿专业系统的应用现状在国际上，加拿大、芬兰、瑞典等国家，围绕采、掘、运矿山生产流程，在矿山信息网建设、技术信息适时管理、新机械应用与自动控制等方面制定了长远发展规划。在专业系统应用方面，西方矿业界早在20世纪70年代初就将CAD技术应用于地质、矿业领域;80年代末，随着三维地质建模和可视化理论和技术的发展,推动了矿山计算机辅助地质建模技术，一大批具有三维地质建模功能的地质采矿软件被开发应用。90年代中后期,三维地质采矿软件逐渐成为矿山专业软件的主流。国际著名的地质采矿软件公司相继开发了专业三维软件,主要有GOCAD、TerraCube、EarthVision、SPARC、Supac、GeoDepth、GeoCom、GeoSec 3D、2D&3D TimeDepth Mapper、StratModel、IntegralPlus、MineScape、MineSoft、Vulcan、DataMine、Medsystem/Mine2、Sight,whittle、ICAMPS和LYNX等。总体来看，国外的地质和采矿类软件均有较好的三维表示能力并各具特色。但是受开采地质条件、生产作业习惯、系统自动化程度以及价格等因素的影响。国外的地质和采矿类软件在国内并没有得到推广应用。与现代化技术先进国家比较，我国煤矿企业信息化基础设施相对落后；煤矿管理过于粗放；煤矿生产各部门的系统开发相对孤立，没有形成统一的信息化标准体系和共享机制；加之煤矿生产信息本身的灰色性和动态性，导致了煤矿企业信息化与网络化工作的相对滞后。近年来，随着煤矿经济形式的好转与数字化矿山发展的需要，煤矿数字化和信息化有了长足的发展。许多煤炭企业已将矿山信息化改造和数字煤矿（DM）技术作为科技发展战略中的重中之重，并将宽带网建设、矿山基础信息数字化、煤矿地质测量空间信息系统及其它煤矿生产专用软件的开发作为当前工作的重点。在煤矿企业应用中，不同的专业部门已经具有和正在开发相应的专业信息管理系统，并形成了一定的信息化规模。在生产领域开发了煤矿地质测量空间信息管理系统、复杂地质条件综合保障系统、采矿设计系统等；在煤矿安全领域开发了一通三防信息管理系统、安全监测实时预警系统以及井下人员跟踪识别救护系统等；在管理领域则开发了煤矿ERP系统、设备管理系统等。在数字化矿山信息系统的建设过程中，煤矿地质测量空间信息系统是最基础的一个核心子系统，它是搭建其它专业系统的基础。2.煤矿地质测量空间信息系统的研发与应用煤炭科学研究总院西安分院自二十世纪八十年代末开始从事计算机在煤炭系统的应用与推广工作。是我国煤矿地质测量信息系统的发源地。其最新开发完成的煤矿地质测量空间信息网络管理系统MSGIS3.0包括煤矿地质测量基础数据网络管理子系统、煤矿地质测量专业GIS平台、远程管理子系统、3D可视化子系统等模块。实现了地质测量原始数据的采集、计算、统计、制图、分析到各类地质测量资料的网络化远程管理以及煤层三维数据体的可视化，能满足用户从勘探、生产到辅助开采设计的实际需要。产品已在国内80多对（个）生产矿井和煤田地质队推广应用（包括开滦矿业集团公司和皖北煤电集团公司全集团公司用户）。3.系统的总体设计目标第1，煤矿地质测量空间信息管理系统的建立为各集团公司设计、生产、通风、调度、安全、救护、机电、运输等其他应用系统提供一个基础的数据及图形管理平台。以此规范、统一数字矿山的信息资源，实现相关专业、部门的信息共享。第2，系统的建立能够实现地质、测量成图的自动化，实现地质、测量有关计算、管理的自动化。能及时准确地根据三维勘探、钻探、井下揭露等最新资料和信息，高效准确地修改各种生产图件。第3，以各集团公司已建成的网络环境为基本运行平台，在集团公司生产处和各个矿分别建立相应的地质、测量管理系统，将原来手工处理的数据、图件等资料实现电子化处理，以此全面提高数据处理水平，使其便于保存、修改和网络传输。第4，系统按照三层客户/服务器结构（数据库层、应用服务层和用户界面层）和C/S+B/S二级管理模式进行系统整体设计，将整个系统按数据库、业务逻辑和用户界面三层功能进行组织。实现生产现场技术人员对原始资料的分析、处理、设计、制图以及管理者对成果资料及设计图件的Web访问；系统全部采用模块化结构进行设计，可根据需要自由组合拼装。4.系统的体系结构根据煤矿地质测量部门的实际要求和作业流程，煤矿地质测量空间信息网络管理系统是以煤矿地质测量采掘空间数据库为基础，在网络环境中实现各专业部门用户对数据的获取、更新、数据的处理与存储、信息的提取与分析，同时建立相应专业的应用模型库和图形库。图1系统体系结构图如图1所示，煤矿地质测量信息管理系统从3个层次考虑了用户的实际需要。第一个层次是以煤矿地质测量基础数据为中心，实现数据的录入、修改、查询、处理与汇总，形成煤矿生产所需的专业成果图件和统计报表；第二个层次是在网络环境下实现煤矿地质测量数据的Web查询与浏览，为其它专业应用软件提供开放数据接口；第三个层次是在原始资料的积累及成果图件编制的基础上为煤矿的安全生产提供智能化的辅助决策依据，在现有平剖面图的基础上实现地质体的3D动态构模与可视化。从功能划分来讲，煤矿地测数据网络管理模块主要完成系统对基础数据的采集与整理，是系统的基础；图形处理模块通过ODBC机制访问基础数据，完成煤矿常用专业图件的自动生成，其中最关键的部分就是地质体的3D动态构模技术、3D可视化及其由此带来的平面剖面自动对应和开采工作面的局部修改与矿区或采区的动态协调。该模块是系统的核心；远程管理模块则为用户提供数据和图形文件的远程发布功能，满足集团公司各级用户的资料共享提供技术支持。5.系统的功能特点系统以煤矿地测工作为主要服务对象，涉及了煤矿地测部门的全部日常工作。亦适用于层状和层控矿床的勘探、生产与设计。其功能特点如下：第1，系统采用客户端服务器（C/S）与浏览器/服务器（B/S）相结合的二级结构设计模式，可以很好的满足局矿两级网络化管理的需要。第2，系统的基础数据网络管理子系统可满足地质、测量部门对日常数据的录入、查询、统计以及标准化报表等的需要，并为煤矿基础图件的自动生成提供数据源。第3，系统提供了一个面向煤矿专业应用的GIS平台。可对各种专业图形对象进行属性修改、几何变换、形态编辑与修改、属性数据的查询与访问、图形的拼接与裁剪等操作。第4，专业图件的自动化程度高。通过煤矿生产专用GIS平台，可有效地自动生成和管理地质、测量专业所需的各种成果图件。面向专业应用的实用算法保证了系统应用的效率。通过各专业数据库或外部数据文件，系统可方便地生成煤矿生产现场所需的各种基础图件。第5，系统的远程管理子系统通过客户端浏览器（如：Internet Explorer）对服务器中的地质测量基础资料及图件进行远程管理。主要包括：基础数据及报表的查询与打印、成果图件的查询与管理、用户管理及权限分配、日常信息的发布与管理等。第6，系统提出并采用了大量先进实用的算法。煤层3D模型的动态建模技术为平面剖面对应与任意切割剖面提供了方便。第7，系统提供了与AUTOCAD、MAPGIS等通用软件的接口，能通过DXF格式在系统间进行双向交流。6.系统的主要功能模块6.1煤矿地质测量基础数据网络管理子系统煤矿地质测量基础数据网络管理子系统是数据采集的中心，用以管理系统的基础数据。子系统采用SQLSever2000来存储基础数据，前台客户端应用程序由Dephi7开发。该子系统在功能上划分为系统管理、数据录入、数据处理、数据查询、报表输出五个部分，采用C/S方式设计。系统充分考虑了煤矿地质测量空间信息多源化的需要。在数据内容上则以煤矿地质、水文地质、测量、采掘信息为基础，更多地融入地面物探（如地震、瞬变电磁勘探）、矿井物探(如槽波、坑透、瑞雷波勘探)，测井及其它地压、瓦斯等资料。通过对生产技术信息的动态更新，及时准确地控制煤矿地质体的形态，动态反映井下生产的状况。6.2煤矿专业GIS系统平台煤矿专业GIS系统平台是整个系统的核心。系统采用面向对象的程序设计方式，充分考虑了煤矿的专业特性，主要包括：成分特征：独特的点型、线形、岩石符号、以及专业对象的表现形式；时代特征：地层时代的先后顺序；空间特征：地层和地层之间，地层和构造之间以及构造与构造之间的空间拓扑关系；动态特征：实体信息由灰变白，空间关系逐渐明朗。通过该平台可以自动生成煤矿常用的基础图件。主要包括柱状类：钻孔柱状图、综合柱状图、煤层小柱状、煤岩层对比图；剖面类：地质剖面图、采区剖面图、巷道素描图；平面类：煤层底板等高线与储量计算图，各类等值线图，三下压煤图，水平切面图，采掘工程平面图，井上下对照图、通风系统图、排水系统图、井下避灾线路图、采区布置图、采掘衔接计划图、工作面循环图表等。煤矿地质测量常用图件绘制的自动化程度、信息更新的动态编辑能力以及图件之间信息的共享程度是衡量一个专业Gis平台优劣的一个主要标志。6.3煤矿地测信息的远程管理该模块采用JavaScript技术编写，可根据用户的使用权限对服务器中存储的各类基础数据和图形文件进行更新与访问。管理层可直接通过网络下达指令，及时解决现场问题，指导煤矿生产。7.结论信息技术的发展使得当今社会在信息的获取、存储、分析、处理和发布等方面取得了实质性的进展。数字煤矿的发展战略要求煤矿各生产部门在开发各自专业管理软件的同时要制定统一的信息化标准体系和相应的共享机制。煤矿地质测量工作在煤矿企业安全生产中的基础地位决定了发展煤矿地质测量空间信息系统的重要性。地质测量信息采集的多源化、管理的网络化、决策支持的智能化以及与其它专业系统的集成是煤矿地质测量空间信息系统发展的方向。参考文献：1姜在炳.煤矿地质测量信息系统(MSGIS2.5)J.煤田地质与勘探,2003,31(5):4-5.2萨贤春,姜在炳,孙涛等.煤矿地测信息系统(MSGIS)J.地质论评,2000,46(增刊):150-154.3张永泰,姜在炳.矿井突水水源类型判别模型及其系统实现J.煤田地质http:/www