煤矿数字化智慧矿山整体解决方案投标文件（技术标）

煤矿数字化智慧矿山整体解决方案2 11.1项目背景和意义 1 21.2.1国外发展现状 21.2.2国内发展现状 6 1.3.1数字化矿山建设历程 1.3.2数字化矿山建设各阶段关键特征 1.3.3数字化矿山定义 1.4XX煤矿概况及数字化矿山调研现状 1.4.1XX煤矿概况 1.4.2XX煤矿数字化矿山调研现状 21.5.1数字化矿山建设总体目标 1.5.2数字化矿山建设具体目标 2.1数字化矿山建设设计依据 2.2数字化矿山的建设范围 2.3数字化矿山建设与集团信息化的关系 3.1数字化矿山系统架构 3.1.1数字化矿山统一的平台或系统规划 3.1.2数字化矿山的六层架构 42 43 473.2.4灰色地理信息系统数据模型 33.3.1矿井三维地质模型的自动构建 3.3.3高精度透明化三维地质模型的动态生成 3.4面向多部门管理与信息共享应用的管理模型 3.4.1面向多部门协作与信息共享应用模型 3.4.2基于工作流的安全信息分级处理反馈管理模型 3.5.1煤矿重大危险源分级体系 3.5.2评价指标体系构建的原则 3.5.3评价指标体系结构 3.5.4评价指标体系 3.6煤矿重大危险源预警模型 3.6.1基于GIS的煤矿重大危险源隐患识别预警模型研究 3.6.2其他数学模型的研究与应用 4.1XX煤矿数据传输平台 4.1.2工业以太环网(综合自动化网络) 4.1.3接口标准 4.1.4服务器和磁盘阵列 4.2XX煤矿数据传输系统 4.2.1传输系统设计 4.2.2传输系统功能特点 4.2.3各监测监控网络和以太网的融合 4.3XX煤矿数据仓库、模型及软件平台的集成开发 4.3.1矿山数据仓库 4.3.2软件平台的总体架构设计 4.3.3软件系统与网络集成的总体架构设计 4.4XX煤矿专用GIS的开发和设计 16344.4.2关键技术 4.5三维可视化平台的关键技术开发 4.5.1开发内容 4.5.2关键技术 4.6XX煤矿组态软件平台的设计 4.6.1功能设计 4.6.2软件平台系统设计 4.6.3关键技术 5.1综合自动化监控平台 5.3综合自动化子系统的建设和接入 5.3.1综采工作面监控系统 5.3.3井下排水监控子系统(接入) 5.3.4矿井通风监控系统(接入) 5.3.5矿井压风机监控系统 5.3.7生活水、污水处理厂监控系统(接入) 5.3.8水源井水处理系统(接入) 5.3.9锅炉房监控系统(接入) 5.3.10主副井提升监控系统(接入) 5.3.112#副立井监控系统(接入) 20 5.3.13瓦斯抽放监控系统 5.3.14洗煤厂生产系统(接入) 233 234 2365.3.18综掘工作面监控系统(接入) 2415.3.20集团公司和XX矿系统平台 243 245 55.4.2矿井无线通讯系统(wifi方案) 2465.4.3矿井无线通讯系统(3G方案) 5.4.4矿井信息引导发布系统 5.4.5矿井IP广播系统 5.5矿井辅助系统建设 5.5.1数字工业电视系统 5.5.2大屏幕显示系统 5.5.3煤矿安全生产三维仿真培训与地质构造透明化3D环幕显示系统 5.5.5机房工程 6.1通风调度大屏显示系统 2906.1.2系统设计 6.1.4产品主要指标和技术参数 292 6.3井下人员定位管理系统 304 306 66.5.1系统概述 6.5.2系统整体结构 6.5.3系统组成与工作原理 6.5.4数据接入方式及格式要求 6.6顶板压力监测子系统 6.7.2系统组成与特点 7.1生产技术综合管理系统 7.1.1地测空间管理信息系统 7.1.2防治水管理信息系统 7.1.3地质保障数据处理系统 7.1.4“一通三防”管理信息系统 7.1.5采矿辅助设计系统 7.1.7调度指挥系统 7.1.8机电设备管理系统 7.1.9质量标准化管理系统 7.1.11基于Web生产技术管理信息系统 7.2安全生产管理信息系统 7.2.4矿井应急救援管理系统 7.2.5矿井安全闭环管理系统 386 39777.3.2通防危险源识别、预测、预警系统 7.3.3顶板危险源识别、预测、预警系统 7.3.4其他危险源预警 7.4技术资料数字档案馆系统 7.4.1总体方案说明 7.4.2总体方案架构 7.4.3技术设计方案 8.1地质模型、巷道模型和机电设备模型等的建立及可视化 4798.1.1地层与断层建模与三维可视化 4838.1.4工作面、采空区、积水区、异常区等建模与三维可视化 4848.1.5机电设备的建模与三维可视化 8.1.6煤矿管网的建模与三维可视化 8.2三维编辑平台 492 8.2.3场景设置 8.2.6视图控制 493 8.3三维管理一体化平台 4958.3.1三维漫游 8.3.2视频和图片输出 8.3.3坐标、距离和面积量测 5138 8.4网络三维管理平台(系统) 8.4.2三维管理平台 8.4.3监测监控与应急救援 10.1项目培训目的 10.2项目培训对象 10.3项目培训计划 煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1第一章项目概述1.1项目背景和意义管理或生产的四级架构(生产矿井、分公司、集团公司、国家行政管理部门),建设成果(硬件、软件)在煤矿安全生产过程中也没有取得预期的成效。解决上述问题的关键就是基于数字煤矿技术建立集成的矿井综合自动化系煤矿数字化智慧矿山整体解决方案2自上世纪80年代初以来，随着计算机，特别是微型计算机技术的出现和成数十次国际学术会议，如APCOM国际学术会议一些功能比较成熟的商业化软件系统。到目前为此，诸如Surpac等系统已经在结如下：国外矿山软件研究和开发机构大多没有基于其他成熟应用软件平台进行二次开发(如利用AutoCAD、ARC/INFO),而是基于GIS、CAD、三维可视化等技和系统。为此，他们已经解决了相关核心技术问题：(1)满足矿山开采需求的三维可视化平台的数据模型和数据结构。根据这(2)研究并开发了系列化的二维、三维核心数据处理方法，如图形或属性(3)为矿床品位的估算和块段设计研究了先进的数学处理方法，如地质统煤矿数字化智慧矿山整体解决方案3(4)矿床构模技术水平伴随着信息及计算技术的发展而不断地提升。在数(5)全自动或交互式的快速地下采矿工程设计技术，如参数化设计核心技术。参数化设计可以通过设计参数驱动(或图元驱动)方式在设计或绘图状态下(6)诸如美国科罗拉多矿业大学的AlexandraM.Newman,MarkKuchta(7)利用三维可视化、多目标决策、神经网络等(8)报表或台帐表头或结构的自定义技术。2.已经形成了矿山专用软件开发队伍和研究机构3.已经开发出系列化的实用软件系统比较著名的系统有：Micromine,SurpaMinex,Vulcan、MineMap,MineSoft等。由于矿山软件的特殊性，这些软件并煤矿数字化智慧矿山整体解决方案4非由其他通用软件平台(如AutoCAD、Arc/lnfo)二次开发而成，都是从底层自主设计与开发。目前，国内外主要使用的是Surpac、Datamine、Micromine等进入21世纪，现代高新技术和信息科技为采矿业带来了前所未有的发展机化矿山”、“智慧矿山”等诸多新概念不断涌现。从20世纪90年代开始，芬于有线电视和无线电发射技术相结合的地下通讯系统，可传输多频道的视频信在2050年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山。芬兰在1992年宣布了智能化矿山技术规划，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题；瑞典也制定了向矿山自动化进军的“Grounteeknik主要问题：(1)研究成果以及计算机软件系统大多与非层状露天采矿和设计有关，而煤矿数字化智慧矿山整体解决方案5与煤矿存在或多或少的差异，所以，相关成果无法在煤矿，特别是地采矿井得到很好的应用。(2)在西方发达国家，煤炭不是他们的主要能源，而且目前开采的都是条件相对简单的矿井，故在煤矿信息化领域没有过多的投入，研究成果有限。(3)对3S技术的集成应用研究较少，而且物联网、决策支持等概念和技术与矿业的联结也是近年才出现的事情，故矿山软件系统并没有或存在实用化的功能模块。(4)虽然国外著名矿业软件公司在中国成立了办事处或代理机构，但除了在我国露天煤矿有少量应用外，在地采煤矿日常生产几乎没有实际应用的案例或报道。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案6上世纪80年代，煤矿信息化的研究主要集中在利用DBASE数据库管理系统、量”管理)、采矿信息的数据库管理、多元统计方法在矿山的应用、地学和矿压参数的预测预报、通风网络的解算、矿山的优化设计；利用AutoCAD进行矿图的绘制研究，矿井设计算法的研究；另外也利用ARC/INFO进行与矿山生产有关上世纪90年代后，由于计算机图形技术的进一步引进和发展，在井下通讯、直到上世纪90年代中后期，由于对空间信息的管理缺乏有效手段，煤矿信息化的煤矿地测专业制图系统和基于Maplnfo或AutoCAD等二次开发系统。采矿CAD软件包的体系模型，将采矿CAD划分为物理层、逻辑层和应用层。对矿井最终开发出基于AutoCAD的数字化矿井模型和煤矿生产技术软件包。基于ADS采用原型法在AutoCAD平台上用C语言开发的露天矿采剥计划CAD系统。还有一些基于AutoCAD的矿山专业需求二次开发研究，实现了井田开拓和采区巷煤矿数字化智慧矿山整体解决方案7除了对采矿GIS/CAD理论研究，还涌现出很多商业化的软件平台产品有：“煤矿专用地理信息系统”;煤炭科学研究总院XX分院研制的“煤矿测量多图机软件有限公司开发的“采矿工程CAD系统”等。这些商业化自主开发的矿山GIS或者CAD系统具有如下特点：采用VC、VB能，与AutoCAD等软件相比，图形的修改和绘制效率大大提高；引用网络和多用户管理，采用商用DBMS管理属性，实现了地质、测量、储量、水文、煤质逐步向WebGIS发展，实现了图形属性信息查询的专业Web服务；具有地表地此外，从上世纪80年代初开始，原煤炭工业部、各矿业集团、各生产矿井煤矿数字化智慧矿山整体解决方案8决策还有很远的距离。归纳起来，目前存在的问题如下(见图1-1)。1.对信息化的投入有限，理论研究落后这里包括资金和人才的投入。煤矿信息化已经走过了近30年的历程，但对术为主，信息化程度低，数据处理和管理模式较为落系统、地理信息系统理论和技术方法以及商业化软件(如AutoCAD)的使用，需求。2.数据处理的核心技术没有全面的突破测监控系统获取的。此外，煤炭生产还具有企业庞大、设备多、工作环境恶劣，MapGIS、SuperMap等)难以适应安全生产的需求，这就要求开发煤矿专用GIS煤矿数字化智慧矿山整体解决方案问题1问题1问题2问题3问题4问题5问题6问题7问题8问题9问题10问题11对信息化的投入有限，理论研究落后。数据处理的核心技术没有全面的突破.专业分得太细，没有从本质上进行多学科的联合攻关和应用。重硬件、轻软件.重事务处理、轻决策支持，缺乏与信息化相适应的企业管理制度.对重大危险源的分类模糊。没有建立多专业、多学科集成的重大危险源检测、识别和预警模型.各检测、监测系统及数据管理平台相对独立，信息不能共享，传感器的精度低、使用寿命短。传感网建设和技术攻关滞后，数据获取设备的实时在线功能弱。井仍以专业为界线(监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿等等)分煤矿数字化智慧矿山整体解决方案生产事故的分析和预警必须对不同专业的数据进行综合分析才能得到正确的结4.重硬件、轻软件5.重事务处理、轻决策支持6.缺乏与信息化相适应的企业管理制度煤矿数字化智慧矿山整体解决方案7.对重大危险源的分类模糊我国国家标准GB18218-2000对重大危险源的概念定义为：长期地或临时地生产、加工、搬运、使用、或贮存危险物质，且危险物质的数量等于或超过临界量的单元。“安全生产法”第九十六条对重大危险源的定义是：长期地或者临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品，且危险物品的数量等于或者超过临界量的单元(包括场所和设施)。安全生产系统的危险状态，其源于系统中客观存在着导致事故发生的各种能量，当能量的安全存在条件遭到破坏时，系统就处于危险状态，并具有较大的事故发生可能性。近年来，伴随着对煤矿事故预防控制的需要，出现了“危险源”、“重大危险源”等概念。但究竟什么是煤矿井下危险源，危险源有哪些种类等问题，到目前为止尚无理论上的确切界定。有必要从本质特征上将危险源加以区分，为安全管理提供正确的理论指导。8.没有建立多专业、多学科集成的重大危险源检测、识别和预警模型目前，我国相关科研院所对煤矿井下重大危险源的检测、辨识、预测和预警做了大量的研究工作，取得了一定的研究成果。但集成的重大危险源辨识、检测和预警模型还没有完全建立，特别是基于多专业或多源信息的检测、辨识、预测和预警模型还没有实质的进展。具体来说就是通过检测、监测设备获取的海量数据缺乏综合性的数据挖掘，主要是基于阈值的报警(如瓦斯)。9.各检测、监测系统及数据管理平台相对独立，信息不能共享对煤矿井下重大危险源的研究已经走过了较长的历程，但目前绝大多数矿井仍以专业为界线(监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿等)分别研煤矿数字化智慧矿山整体解决方案究、开发、配置软硬件系统，没有统一的信息化数据处理平台和网络平台，对相关事故的分析和研究考虑因素较为单一，造成信息无法共享交流、系统操作复杂、预测预报精度低。实际上，与煤矿安全生产有关的数据具有共享的特征，而且对很多安全生产事故的分析和预警必须对不同专业的数据进行综合分析才能得到正确的结果。10.缺乏集成的三维动态数据处理平台目前的系统主要是二维的，表现形式单一，而且与综合自动化、在线检测等系统的集合不紧密。更为关键的，现有的系统动态数据处理功能弱，无法适应煤矿动态生产的需求。上述问题的存在使得我国煤矿安全生产形势没有本质的好转，大量的信息化建设成果(硬件、软件)在煤矿安全生产过程中也没有取得预期的显著成效，这就需要以新的思维开展新方法、新技术的研究，以集成的数字煤矿矿山架构为目标，突破我国目前煤矿安全生产信息化技术落后的局面，其最终目的是降低煤矿安全生产事故的发生，实现煤矿的现代化、信息化管理。矿山的建设历程主要分为如下几个阶段(参见图1-2):高速网络联动机制自动化数字矿山自动化空间数字化决策分析系统管理信息化展现三维化图1-2数字化矿山的发展历程煤矿数字化智慧矿山整体解决方案煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(1)具备可靠和全面的传感和执行机构。(2)具备可编程的控制系统。(3)具有远程监测监控功能。(4)单系统根据条件可以进行系统自动化运行。(1)具备高速网络通道。(2)实现各自动化系统的数据融合。(3)具备一定的数据挖掘能力。(4)具备可建模的联动控制策略。(1)综合自动化、管理信息化、空间数字化三化数据融合；(2)在多维空间矿山实体的基础上动态嵌入与矿山安全、生产、经营相关(3)具备基于GIS的二维、三维或多维展示平台。4.智能矿山阶段关键特征(1)在数字化矿山的基础上，运用人工智能技术、数据挖掘技术，将煤矿策分析系统，能为安全生产经营提供决策依据；煤矿数字化智慧矿山整体解决方案数字化矿山由数字地球的定义延伸而来，即在矿山范围内以三维坐标信息及其相互关系为基础组成信息框架，并在该框架内嵌入所获得的静态和动态信息及并对进行分析、操作和决策。集团数字化矿山的定义如下：存储、检索、查询、动态修正与专业空间分析，并实现煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1.4.1XX煤矿概况(1)交通位置(2)自然地理(4)煤层及煤质XX煤矿各个系统主要设计与建设情况参见表1-1、表1-2、表1-3、表1-4。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案平台管理网平台数据库服务器类型量建设时间集成厂商存在问题1中心控制网平台服务器类型量建设时间集成厂商存在问题1表2综合自动化系统各个子系统建设与接入情况式议监测or控制商存在问题其他1综采面监控子系统未建设2系统目前井下只有中央大巷一条皮带，皮带设备已招标，但设备未招标。3未建设4井下排水监控子系统未建设就地控制系统为ZP-31自动排水装置。设备启停。监测水仓水位、力、流量等参数。西门子触摸屏。佳主排水控制系统已经招标，但系统目前还未建设。式议监测or控制组态软件接入厂商存在问题其他5井下供电监控子系统未建设接口中央变电所：17台高开，20台低开。开关控制，综保参数监测。商：淮南万泰。综保：上海山源。已招标。但未建设。6未接入就地控制为口态和参数。成。正在使用。7未建设索兰。系统未招标。8地面供电监控子系统未接入高开31台，低开183台。高低压开关柜有通讯机。系统未招标9主副井提升监控子系统未接入保护为统保护等，实现提升系统的各种工艺运行方式。主控系保护。得建设完成，未验收。安全、减速、过卷等等)均副立风井监控子系统未接入荣和。电西马格系统已建成，正在使用式议监测or控制商存在问题其他未建设洁系统设备已招标，但设备未到位，控制系统未招标。未建设大水源井水处理子系统未接入无接口洁水源井水处理控制系统已经建设完成，未接入3台锅炉。对给煤、鼓风、引风、水泵的变频控制，对炉膛负压、烟气氧含量、总锅炉房监控系统已经建设完成，正在使用。未建设设计控制系统为ABPLC。但设备未完全到位，控制系统未招标。钢丝绳在线监测未接入测研究所钢丝绳在线监测系统已建成，正在使用。防火灌浆站系统未接入未建设工业电视系统未招未建设调度系统：上海山源。建设厂盛凯。调度通讯系统已招式议式主要监测与控制量系统型号接入厂商存在问题其他1安全监测监控系统未接入重庆院已安装完成。23井下紧急避险系统4井下压风施救系统5井下供水施救系煤矿数字化智慧矿山整体解决方案统789地面水文监测系统井下水文监测系统瓦斯抽放监控系统未接入表4数字化矿山信息化软件平台各个子系统建设与接入情况软件接入子系统名称是否建设式主要功能厂商关联系统1办公管理系统(OA)23456安全隐患管理系统7煤矿专业GIS平台软件接入子系统名称是否建设式主要功能厂商关联系统8地测空间管理信息系统9通风安全管理信息系统设备选型设计系统安全生产技术综合管理信息系统煤矿本质安全管理信息系统警系统应急救援指挥管理信息系统管理系统煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1.5数字化矿山工程建设的目标和原则1.5.1数字化矿山建设总体目标通过数字化矿山建设实现矿山资源与开采环境数字化、技术设备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。数字化矿山工程建设是以矿山采掘系统的完整过程和具体需求为基础，以地理空间为参考系，以煤矿综合自动化技术、在线数据检测技术、计算机技术、3S技术、网络技术和采矿专用技术为支撑，建立起系列化的数据采集、传输、分析、输出和决策支持模型以及软硬件系统，实现采矿过程的信息化管理，大大降低安全生产事故的发生。数字化矿山包含三个层次：一个层次是将“数字化矿山”中的固有信息(即与空间位置直接有关的固定信息，如地面地形，井下地质、开采方案、已完成的井下工程等)数字化，按三维坐标组织起来一个“数字化矿山”,全面、详尽地刻画矿山及矿体；另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息(即空间位置间接有关的相对变动的信息，如地测、水文、储量、安全、机电、人事、生产、技术、营销等)组成一个意义更加广泛的、多维的“数字化矿山”。最后一个层次是数据的综合分析和决策支持。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案XX煤矿“数字化矿山”的建设采用技术领先、标准统一的千兆工业以太网2.加强井下感知物联网和数据中心建设3.加强煤矿安全生产技术综合管理系统建设建设基于(2D+3D)地理信息系统的生产技术管理系统。数字化矿山是一个典型的多部门、多专业、多层次管理的煤矿空间信息共享与Web协作应用平和输出等多个生产专业部门环节上的信息，涉及面广，煤矿数字化智慧矿山整体解决方案由于XX煤矿地质构造复杂，危险源较多，应运用GIS技术、物联网技术、5.加强高精度三维透明化地质模型和三维可视化系统甚至虚拟矿井建设分布式综合管理，为煤矿安全生产管理提供保障。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1.5.3数字化矿山建设的预期效果XX煤矿数字化矿山，系统建设完成后，能够为煤矿安全生产管理带来的预期效果：(1)安全管理由事先预防向事先预控发展。(2)生产系统由自动化向智能化发展，最终实现少人(无人化)作业。(3)各监测系统由单一工作向协同工作发展。(4)综合管理数据输入发展为全部数据系统自动生成。(5)由监测监控功能向辅助分析管理功能发展。(6)调度监控由菜单式提取升级为区域立体展示，由故障(事故)被动跟踪向主动报警提示发展。(7)矿井各系统由二维模拟发展为虚拟矿井三维综合管理系统展示和控制功能。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1.5.4数字化矿山建设指导思想根据党的十七届五中全会精神和“十二五”发展规划的要求，集团深入贯彻落实科学发展观，着力构建新一代信息基础设施，增强信息化发展的支撑能力；着力推动信息化与新型工业化深度融合，构建现代“两化”产业体系。1.技术领先采用国内一流和世界先进的技术和装备，实施科学开采，努力提高矿井的信息化和自动化水平，降低劳动强度、改善工作条件、减少井下人员。利用云计算、物联网、高精度透明化三维地质模型等前沿技术，实现动态生产数据的实时处理，研究重大危险源预测预警技术，对整个采矿过程的数字化和智能化。煤炭的开采工艺上，集团利用技术领先的“数字化矿山”三维可视系统，通过模拟采煤演示和组织专家论证，确定采用适合于矿区煤层特点的最佳开采工艺和技术；在矿井的生产和建设中，集团应突出技术创新，不断地研究和推广“数字化矿山”的领先技术，促进煤矿建设与安全生产各项技术的进步。2.管理现代利用现代化管理手段，借助“数字化矿山”的各类信息，应用“数字化矿山”系统，提高煤矿管理工作的效率，在尽力确保安全的基础上，提高职工的健康水平和素养。要加强对各级管理人员的技术培训，不断提高他们的现代化管理的理念和素质。使煤矿的现代化管理上一个新的台阶。实现三个统一，实现数据的高度共享和业务流程的协同工作：统一传输、统一存储、统一GIS数据处理平台。3.环保低碳煤矿数字化智慧矿山整体解决方案低碳运行是现代化矿井的发展方向，煤矿要实施绿色开采，勇于承担社会责任，做到资源节约、环境友好，实现矿产资源开发与环境协调发展。要将“低碳”作为生态矿山建设一项全方位、长时效的系统工程，有计划地分步实施；要加强示范工程的建设和突出创新。4.和谐一流“数字化矿山”建设以人为本，融合良好的企业文化，促使矿山和谐全面发展。“数字化矿山”的各项经济技术指标应达到国内一流水平，某些指标应该是国际领先水平。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案因此数字化矿山建设遵循以下设计原则：1.业务驱动，标准先行原则2.实用性原则3.先进性原则在满足系统平台整体性的前提下，其整体技术水平处于国内领先水平，在5至10年内不落后或不被淘汰。先进性不仅反映对提高矿井安全生产管理与提高4.成熟性原则要求整个系统平台具有成熟的功能和技术，并且有现场实际应用的成功案煤矿数字化智慧矿山整体解决方案“数字化矿山”平台是有机结合的一体化平台。6.全面覆盖、高效精细原则7.可扩展性原则8.分步实施原则9.安全性原则系统应该能提供网络层上的安全手段防止非控制网授权用户访问以及操作煤矿数字化智慧矿山整体解决方案用相关设备必须要符合煤矿安全规程的要求，达到本质安全或防爆安全要求；通用型网络和软件必须配备完善的安全保密措施，以保证系统安全稳定地运行，必要时可以牺牲一定的带宽或速度来保证安全性。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案第二章数字化矿山建设设计依据与范围和开发应执行以下国家标准(GB)、行业标准和企业标准。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案●《中国国内电话网No.7信号方式技术规范(暂行规定)》及补充规范煤矿数字化智慧矿山整体解决方案●国际标准化组织(ISO)●国际电工委员会(IEC)●集团煤矿数字化建设现状报告●其他国际、国家、行业、企业的相关现行标准煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1.从应用范围的角度2.从系统建设的角度(1)煤矿生产综合自动化系统：根据管控一体化思想，结合工业自动化技XX煤矿综合自动化系统主要内容包括：●矿井综采面监控子系统。●主煤流运输集控系统。●井下排水自动控制系统。●矿井通风机监测系统。●矿井压风机监控系统。●矿井井下水处理系统。●生活水、污水处理监测系统。●水源井水处理系统。●锅炉房监控系统。●主副立井提升机监控系统。●副立风井绞车监控系统。●电力监测监控系统。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案●瓦斯抽放监测系统。●洗煤厂监控系统。●钢丝绳在线检测系统。●防火灌浆站监测系统。●其他子系统接入。(2)煤矿安全监测监控信息系统：基于网络平台实现所有监测量及其状态XX煤矿安全监测监控系统主要内容包括：●安全环境监测子系统。●井下人员定位管理子系统。●矿压在线监测子系统。●水文监测子系统。●煤层自燃(束管)监测子系统。(3)煤矿安全和生产技术综合管理信息系统：系统是在网络环境下基于统一的地理信息系统平台(含2DGIS、WebGIS、三维可视化系统)集地测、生产、煤矿数字化智慧矿山整体解决方案煤矿安全和生产技术综合管理信息系统是采用计算机网络技术、数据库技术、计算机图形学、组件技术及GIS技术等，建设矿山统一的空面向公司管理决策层的WEB服务决策平台，实现多部门多层次井上下数据共享煤矿数字化智慧矿山整体解决方案第三章数字化矿山架构及建设模型3.1数字化矿山系统架构数字化矿山需要统一的数据传输网络、统一的数据仓库、统一的2DGIS和集团数字化矿山的系统架构参见图3-1所示。网络门户、移动门户、大屏幕显尔，煤矿信息发布网络门户、移动门户、大屏幕显尔，煤矿信息发布……表现层议备障分所要练又地评估放管理决策层机电加生产力面真电山向通以科南向地用介燃型库数系储层兆工业以太环网传输层数据采集与执行层统的理平台所草息产乐绝管理信息6保r收计系度它卖统力设备这设计系三维管理及组态软件平台二下地测性瓜喷络传输地测动断修正中心某模管气统数据仓库放评估殖电力系统监测中心的图3-1数字化矿山总体架构煤矿数字化智慧矿山整体解决方案从数字化矿山建设的基础层面，需要实现四个统一：1.统一的2DGIS、三维管理和组态软件平台采用统一的GIS、三维可视化或虚拟矿井平台；对综合自动化系统，采用统一的2.统一的管理平台除了瓦斯监测系统外(目前国家规定必须是专网),井上下企业管理、综合4、统一的数据仓库(1)安全生产运营管理平台通过GIS平台以及对三维高精度透明化地质模型、设备模型的建模，实现对(2)安全生产执行控制平台煤矿数字化智慧矿山整体解决方案层次的内容：(1)安全生产井上下动态实时在线信息的采集。这里主要包括生产环境在线检测系统(如水、火、瓦斯、顶板、人员定位等)、综合自动化系统(如综采工作面控制系统、胶带机集控系统等)、其他生产指挥信息采集系统(井下工业(2)生产技术和运营管理数据的采集。这里主要包括非实时的生产数据，(3)执行控制层或管理决策层信息。通过管理决策层的分析、处理，其结煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(1)原煤生产分控中心。实现对原煤系统，包括采掘工作面系统、井底配(2)电力系统分控中心。实现对地面变电所、副井变电所，井下中央变电所、采区变电所等矿井动力相关的系统集中远程(3)机电分控中心。实现对井下主排水、矿井水处理、生活污水处理等与(4)通风分控中心。实现对主扇通风控制系统、人员定位系统、安全监控(5)辅助监测中心。实现对架空人车监控系统、计量称重系统、井下车辆(6)地测动态修正。执行对采掘工程平面图或三维图形的动态更新操作；煤矿数字化智慧矿山整体解决方案进行动态修正的操作。5.管理决策层包括四部分内容，即运营管理信息系统、生产技术综合管理系统、三维综合管理系统、决策支持系统。(1)运营管理信息系统。基于企业管理网络平台和数据仓库，实现对产、供、销、人、财、物等办公自动化的网络化管理。(2)生产技术综合管理系统。实现对“采、掘、机、运、通”整个生产业务流程中地质、测量、水文、储量、“一通三防”、采矿辅助设计、机电设计、设备选型等的完全信息化、网络化管理。(3)三维综合管理系统。基于三维GIS或三维可视化系统或虚拟矿井平台，实现数字化矿山主要管控过程的可视化展示、分析和操作。(4)安全管理和决策支持系统。基于在线检测系统、综合自动化系统、知识库和模型库等，完成对危险源(水、火、瓦斯、顶板等)、作业环境、地质构造、设备故障等的动态分析和预测。6.表现层通过网络、固定或移动设备对煤矿多媒体信息进行发布和展示。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案XX煤矿数字化矿山系统是一个复杂的巨系统，不仅涉及先进的地理信息系能实现XX煤矿的现代化建设，并为集团打造一个高科技的示范矿井，为全集团着时间推移，确定性信息不断加入使得空间对象由灰色状态不断向白色状态转移，这种变化引起了GIS数据模型的局部或全部重构。我们提煤矿数字化智慧矿山整体解决方案目前国内外广泛使用的地理信息系统都可划分为白色或者是接近白色的地理信不考虑信息缺少而产生的空间对象的灰色不确定性。综上所述，GGIS作为研究要的科学研究价值。本文针对GGIS理论和技术中存在的概念、特点和研究体系出的，弥补了当前GIS研究的不足。根据对获取空间研究对象信息的多少，我们可以把相应的GIS分为三类：(1)黑色系统：无任何信息已知，只是一些推断和预测(见图3-2(a))。由于图3-2与GIS分类有关的示意图煤矿数字化智慧矿山整体解决方案者是半透明的，通过边界可以得到部分内部信息(图3-2(b));也可以认为在边界上有窗口存在，通过这些窗口可以获取边界内局部范围内的所有信息(图有信息(图3-2(d))。统，即白色地理信息系统，因为从GIS数据模型、数据结构的角度出发，它们认即使一些研究对象的信息不是完全的或者部分是不精确的(例如在一定比例尺条件下的地形控制测量等),但这些信息量已满足实际应用的需求。近年来，相关学者提出了多维动态GIS的概念并作了大量的研究，取得了丰对象某一时刻的快照(snapshot),即使提出了基态增量模型等，但所表达的空理信息系统的理论和技术方法。由于矿山地质体或矿体(如煤层)数据具有如下煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(1)除非发生大的构造运动或其它地质事件，我们可以认为在对矿体勘测(2)钻孔、野外地质调查、地面采矿工程、井下的掘进巷道和回采工作面拟合。(3)随着地质或采矿工作的不断深入，与地质体有关的控制数据(如钻孔或物探数据)不断增加，即对地质体的控制越来越精确，对地质体的表达和管理(4)在任一时刻，只有对诸如钻孔、掘进巷道等新老数据进行综合的分析(5)只有完全揭露地质体(如露天开采中剥离盖层，地下开采中的完全回采),人们才能获取地质体的所有真实数据，此时，相应的GIS才是一个白色的系统。System简称GGIS)。GGIS处理的部分空间对象在三维空间中客观存在，煤矿数字化智慧矿山整体解决方案测手段的限制，无法一次性得到满足应用要求或控制该空间对象的所有实际数他们所处理的所有空间对象的动态变化主要是指同一空间对象形态等参数的变或表现形式的变化，如图3-3(a)中随着勘探工作的深入其煤层图形发生了变化，或图3-3(b)中完全是由于人认知的变化产生的煤层图形发生的变化。当 (b)认知变化引起煤层图形的变化↵图3-3煤层变化示意图煤矿数字化智慧矿山整体解决方案3.2.3灰色地理信息系统的定义及特征灰色地理信息系统的定义：指现实世界中相关控制数据已知或满足应用需求，以及那些真实存在而且其空间形态等参数不会发生变化，但由于控制数据或认知的缺陷造成并不完全已知的各类空间实体的空间数据以及描述这些空间数据特性的属性，在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示、动态修正、综合分析和应用的技术系统。GGIS数据处理的前提是在某一认知状态下控制部分空间对象的数据的精确度存在问题，它的最大特点就是数据处理过程具有“去伪存真”的功能，不仅点、线、面、体之间在不同认知状态具有内在的联系，而且随着数据的增加或认知状态的变化，相关空间实体对象的表现形式，如图形将更加精确，它们与真实地质数据和其它特征数据之间具有自适应的特征。所以，灰色地理信息系统带有一般控制系统自适应和动态修正的特征(见图3-4),这也是灰色地理信息系统与白色或传统地理信息系统最大的区别。图3-4GGIS自适应功能示意图GGIS的部分空间对象具有以下两个重要特征：(1)具有“少信息”所产生的灰色不确定性。在实际工作中，往往只能获煤矿数字化智慧矿山整体解决方案取局部精确数据，难以采集足够的样本数据以解决许多不确定性问题。“少信息”对研究对象进行近似和模拟，强调模拟和推断是否准确。这与传统GIS对数据质量、数据不确定性的研究是完全不同的。(2)系统能够根据最新的真实或已知数据自适应地动态修改已有的模型和图形，使之尽可能反映地质体在空间的真实状态；新数据的不断加入，使得整个数据处理过程是一个由灰变白的过程。从以上内容可以看出，灰色地理信息系统需要专门的数据模型、数据结构和相关算法，以描述并处理灰色空间对象随着时间和数据的增加由灰到白的动态变灰色地理信息系统具有如下特点：(1)控制空间实体的数据是不完全的，它们只是控制空间实体所有数据的一部分，无法精确描述空间实体的真实状态。(2)在获取空间实体数据的任一时刻，真实的空间数据及其属性为新老原始数据的并集。(3)在任一时刻，部分图形实体(点、线、面、体)的数据是推断的，并非实际控制数据，故这些数据完全可能是错误的。(4)系统能够根据最新的数据自适应地动态修改已有的模型和图形，使之尽可能反映地质体在空间的真实状态。(5)随着空间数据的增多，系统所表达的空间实体将更加精确，即空间实体的状态(包括形态等参数)将更加接近于它在自然界中的真实状态。从严格意义上讲，灰是绝对的，白是相对的，GGIS的概念涵盖了白色或近煤矿数字化智慧矿山整体解决方案白色的GIS系统的概念。灰色地理信息的构建和应用过程，就是一个去伪存真的过程。灰色地理信息系统就是智能地理信息系统。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案根据煤矿空间数据的特点及二维灰色地理信息系统(Two-dimensionalGrayGeographicInformationSystem简称2D-GGIS)、三维灰色地理信息系统 内在区别，相应地提出了全要素的结构化不规则三角网(TIN)或直三棱柱体 构建矿井三维空间模型的原因主要有如下几点：(1)它们能够精确地(相对的)表达煤矿空间实体中普遍存在的诸如断层，特别是逆断层等突变信息，如图3-5(a)、图3-5(b)。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案在论述模型之前，先介绍一个规定和两个概念。1.一个规定在三维灰色地理信息系统中，ARTPN中的ARTP(似直三棱柱，AnalogicalRightTriangularPrism,简称ARTP)类似于直三棱柱(三条棱线是垂直水平面的),只是顶底层面不平行而已。也就是说，ARTP穿过所有地层时与地层面相交形成的三角形在水平面的投影是完全重合的，见图3-6(a)。(a)ARTP的空间关系(b)TIN的空间关系图3-6ARTP,TIN的空间关系示意图2.两个概念(1)全要素的含义如下：对于TIN:是指与单个三角形有关的所有参数，它们包括三角形本身的编号、三顶点及其编号、三边及其相邻三角形的编号以及点、边、区域(三角形包含的区域)与系统中点、线、面状目标间的关系标识。见图3-6(b)。对于ARTPN:记录似直三棱柱三侧面相邻似直三棱柱的编号，似直三棱柱穿过所有地层面形成的三角形的编号。(2)结构化有两个方面的含义：建立TIN、ARTPN的拓扑数据结构，以表达不规则三角网点、边、三角形，煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-7给出了全要素的结构化TIN与2D-GGIS一体化的数据模型。从图3-6点状目标点状目标纺状目标面状目标特殊点蓝新生成追加或修改三角形边兰新生成多边形缕点左边部外弧不规则三角网与2D-GGIS之间存在着部分或包含的关系，实际上也是通过煤矿数字化智慧矿山整体解决方案这种关系实现一体化的。由于TIN是以2D-GGIS系统的矢量图形为基础生成的。所以，单个三角形顶点、边、三角形本身包含的空间区域可能是2D-GGIS系统点、线、面状图形目标的一部分。如果在TIN和2D-GGIS的数据结构中保持点和2D-GGIS的自适应动态修改关系。2D-GGIS系统结点、特殊点的增加将导致础上将形成2D-GGIS的新的点状、线状、面状图形目标，这样，就将达到系统据模型和结构，即基于八叉树和四面体(TEN)的数据模型和数据结构。采用八构中TEN的个数和形状决定于立方体内地质变量的空间变化。所以，相关的处ARTPN与3D-GGIS一体化的思想表明的是一种单一模型和结构，相应的ARTP是如图3-8(a)所示的相对规则的似直三棱柱，而且整个研究区域是由这些紧密相邻的似直三棱柱组成的无缝的结合体(见图2-7)。在图2-7中，地层1的底板形态是由△ABF、△BFC、△FCE、△ECD、△GFE、△AFG组成的面构成，煤矿数字化智慧矿山整体解决方案高。显然，似直三棱柱的引入，使得3D-GGIS具有如下优点：图3-8无缝的ARTPN结合示意图图3-9给出了ARTPN与3D-GGIS一体化的数据模型。这里需要加以强调的是，ARTP中的三角形顶点、边、三角形本身与TIN-2D-GGIS一样，它们属于3D-GGIS中点、线、面的一部分，而ARTP与3D-GGIS中的体是完全相等的。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案体状目标体状目标体点等于追加或修改；追加或修改三角形边相邻三角形重新生成三棱柱具有空间顺序的三角形序列左边弧结构化顺序相邻三棱柱三角形顶点结图3-9ARTPN与3D-GGIS一体化的数据模型煤矿数字化智慧矿山整体解决方案GGIS是技术系统，是研究者用来分析和解决实际地学问题的工具。与传统块，数据存储与组织模块，数据分析和专业功能模块应用中逐渐发展起来的技术，强调面向领域的专业功能，在某些GIS通用功能上等并不突出，GGIS在技术上突出表现在“动态修正”性，围绕这个特征，在数如图3-10所示。图形绘制数据输入空间关系空间分析三维技术图3-10灰色地理信息系统的功能特点示意图1.原始数据自动生成图形行预处理，再数字化到GIS中；或者将已经编辑好的数字化图形如CAD格式导入GIS系统中。根据原始数据自动生成图形的功能比较弱。这是因为传统GGIS煤矿数字化智慧矿山整体解决方案要的。GGIS突出自动成图的功能。自动成图功能带来的好处是显而易见的，在GGIS在数据采集、输入方面以原始数据自动成图为主，数字化、扫描矢量化为辅。以绘制一幅地质剖面图为例，GGIS根据地质数据库中的钻孔数据和勘制峒室，自动生成图框。剖面图绘制工作能够很快完成。参见图3-11。图3-11勘探线剖面图的自动生成图形进行有限的修改，而对整体的地理实体的存在和形态的影响不大。GGIS处变化特征。因此，GGIS具有强大的图形数据动态修改功能，这种功能不仅仅是煤矿数字化智慧矿山整体解决方案GGIS能够在指定的局部区域加入新的数据，重新生成TIN,并重新生成局部区域3.复杂拓扑关系自动生成灰色空间数据具有空间拓扑性。拓扑关系层次多、规律性差、关系复杂。GGIS在数据处理过程中，能够做到点、线、面拓扑关系的自动生成。例如三维生成拓扑关系以区别在交叉点处是否相交。图3-12给出了系统建立的巷道立体图。该4.地质变量的专业分析与传统GIS相比GGIS很多专业分析功能，这数据的分析和操作。主要有以下三点：煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(2)自动建立TIN和层状地质体三维模型。与其他GIS相比，GGIS提供了构造TIN和三维地质模型的功能。TIN具有很多优点，如精度高、数据冗余小、能够表达地形特征点等。GGIS自动生成TIN,不仅能够表达地质特征点和线(如背向斜轴，储量块段边界、区域边界等),最重要的是够处理地质变量的突变信息(如断层，特别是逆断层),能够方便地进行地质变量的分析和计算。GGIS还(3)储量计算和资源评价GGIS能够根据三维地质模型自动计算矿体体积和储量。为了研究对当前矿5、二维三维综合的功能和3DGGIS是紧密结合在一起的。从实际应用上看，2DGGIS或者3DGGIS单独应用都有不足之处。二维与三维的结合能够发挥两者的长处。在3DGGIS中强调显示，更重要的是对灰色数据的验证和修改。3DGGIS提供三维地质模型的动态回2DGGIS中，在2DGGIS输出满足工程应用的实际要求、输出符合规范的图形煤矿数字化智慧矿山整体解决方案与传统GIS不同的是，GGIS的数据具有灰色特征，因此空间位置数据与属性数据都具有时间特征。GGIS在数据管理方面，提出基于动态多时相版本的空Cache的更新，并实现灰色地理空间信息的跨部门更新与管理。从上面六点功能特点分析，可以看出，GGIS具有其独特的功能特点，是针对灰色空间数据特点的一套GIS技术系统。GGIS的思想起源与地质矿山领域。从发展趋势上看，GGIS作为研究灰色空间数据的专业GIS,不仅在地质勘探、煤(1)研究对象带有灰色特征信息，即信息部分已知部分未知。(2)研究对象是小样本数据。(3)研究方法强调信息优化，新信息不断加入使得研究对象越来越清晰。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案高精度透明化三维动态地质模型的构建包括三个方面的内容：(1)通过物探技术得到的高分辨率数据。(2)通过对数据的处理和推断，建立由较小或很小基本地质单元组成的，是根据不同地质体，如地层、断层等地质体的(3)根据最新获取的生产数据快速对已有模型进行动态修正，以反映地质解决TIN和ARTPN的自动生成。自动生成TIN是构造ARTPN的基础。本节叙述的正负区判别模型将为TIN以Delaunay剖分准则为基础的现有三角剖分算法不适合构建复杂地质体单，边界形状较为规则(以凸形为主)。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案地质体TIN建立过程中遇到的各种问题。这就是我们提出的基于制图边界拓扑结逆断层(F8)、正断层与正断层的切割(F5与F6),正断层与逆断层的切割(F1与F2),逆断层与逆断层切割(F3与F4),冲刷带，风氧化带以及不同封闭块段图3-13复杂地质体边界形态示意图ARTPN的自动生成算法构造出ARTPN。准则1:假设研究区域地质实体的层面数(包括地层面、断层面等)为mm,任一层面STRA(ii)(ii=1,2,…,mm)的实际数据控制点数为NN(ii),那么,参与任一地层TIN自动生成的数据点数为所有地质实体实际控制点数的并集，煤矿数字化智慧矿山整体解决方案TOTAL=NN(1)UNN(2)U…UNN(mm)对于任一地质实体层面STRA(ii)(ii=1,2,…,mm),参与其TIN生成的数据点只是那些位于地质体边界内(包括边界)的TOTAL中的数据点。以图3-14说明即为：断层面HIJK位于地层1、2之间，参与联网的数据点只有H、I、J、K、自动生成数据并集的TIN后，再分别对不同地层同一平面投影三角形顶点的标高进行处理(包括对已知点的赋值和未知点的插值),就可以生成具有三维空间特征的ARTPN。如果空间变量(如瓦斯含量、煤质等)在两个地层面之间发生变化，即一个地层不是单一属性的。这样，就必须对表达该层的ARTP体元进行进一步的处理，使它们成为单一属性的体元，以满足实际应用的要求。归纳起来，表达空间变量在ARTP体元内部变化的方法有两种：图3-14ARTPN的自动生成算法示意图2煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1、变量只在z轴方向发生变化(如图3-15(a)所示),对于这种情况，相关的处理方法为：(1)计算ARTP在z轴方向的长度h。(2)根据变量的变化情况和h值，在z轴方向对ARTP体元进行等分，等分面平行于x轴和轴组成的平面。(3)继续以上的步骤，直至两个等分面之间空间对象的属性值均一或满足2、变量在空间的变化无规律(图3-15(b)),对于这种情况，相关的处理方法为：(1)在z轴方向上对ARTP进行等分(方法与图3-15(a)相同)。(2)计算ARTP顶底三角形三边的中点，连接三中点形成新的三角形，顶底新三角形三边相连形成新的ARTP,此时，一个三角形变为四个三角形，一个ARTP变成多个ARTP。(3)利用上面介绍的算法继续对ARTP进行细分，直至经纵横分割形成的煤矿数字化智慧矿山整体解决方案巷道是煤矿中重要的人工对象，一条巷道可分解成斜梯形等(图3-16)。巷道中心线是巷道底板的轴线。我们将地层剖分成一系列邻接但不交叉的ARTP体元的集合，但我们并没有应该在ARTP体元剖分的过程中，将地层和巷道作为一个整体来看待，对所有巷点的坐标X、坐标Y、巷高、左帮、右帮、断面形态、方位和仰俯角等。但在实际工作中，这些参数数据并不是全部都需要直接获取(例如，坐标X、坐标Y除起算点输入外其余均为计算所得),而是可以通过基本的导线测量等手段在井下图3-16主要巷道断面形态示意图煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-17局部巷道的形态控制点以数据点集TOTAL”为基础的TIN,在经过高程插值后，就可以生成包括地层和巷道在内的全区统一的ARTP体元的集合。这里需要注意的是，由于巷道是空心实体，我们只需要根据ARTP的拓扑关系表达其边界即可。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案是根据不同地质体，如地层、断层等地质体的地层模型是地质体三维可视化、煤矿企业利用GIS技术进行安全管理的基有如下特点：(1)现有的地质模型大多基于钻孔或煤层底板等高线图生成，等高线间距较大，因此建立的基本单元(如三角形)的尺度大，精细程度差，无法实现相关(2)巷道数据和煤层底板数据是动态变化的。随着开采的进行，巷道和回(3)对煤层底板等高线的修改都是局部的，但计算机自动追踪和生成煤层底板等高线是基于整个地质模型的。如果地质模型的基本单元(本项目是指三角形面片)尺寸过大，即模型不是十分精细，那么自动追踪出的离当前修正区域较远或很远的等高线就可能偏离生成地质模型之前的等高线位置，如图3-18(a)和图3-18(b)所示，这显然是不合适的。因为生成地质模型之前的等高线是通过地煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-18动态编辑后重新追踪等值线发生整体变化等高线加密后建立地层TIN模型；对原地层TIN模型进行地层TIN模型；已知数据点加入原地层TIN模型后重构地层TIN模型。另外，对高精度地层模型的研究还包括三维精细地层模型动态编辑和平面等值线图联动局部更新的关键技术。其技术路线如图3-19所示。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案过渡TIN模型型更新等值线图新站孔数据、动态编辑数据等模型是否达到桥细程度细程度精细地层模型过渡TIN模型较大，如25米，这样建立起来的模型比较粗糙。如果能得到间距更小的煤层地层底板等高线并生成地层模型的方法。该方法步骤如下：(1)首先打开某一煤层底板等高线图(如图3-20所示),当前等值线间距为25米。根据该等高线图，生成过渡三角网模型(如图3-21所示)。(2)根据生成的过渡三角网模型，使用算法生成间距更小的等值线，如5米，将等值线加密为间距5米(如图3-22所示)。(3)重复执行步骤1中生成三角网操作，即可生成相对精密的三维地层模型数据(如图3-23所示)。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-20间距25米煤层底板等高线图图3-21间距25米煤层底板等高线图三角网生成图3-22间距5米煤层底板等高线图煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-23间距5米煤层底板等高线图三角网生成由于三角形的顶点大多属于原始数据点或等值线特征点(如拐点),所以对于据点相连，就可以形成新的三角形，常用的细分方法见图3-24。图3-24(a)、图3-24(b)和图3-24(c)所示的方法新增加的三角形会在原三角形的各条边上分别增理，因此会影响细分效率；而图3-24(d)所示的方法虽然在三角形的各条边上没有增加新的结点不会影响其邻边的三角形，但是新生成的三角形都是钝角三角煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-24三角形加密示意图细分数据点特征值插值。三角网原始数据点实体修改方式包括：(1)插入新点，采用Watson的空外接圆算法实现，或将新点所在三角形煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(2)删除节点，如图3-25,将以删除节点为顶点的三角形形成一个简单多取以删除点P为顶点的所有三角形集合T={T1,T2…Tm},并获取它们除P以外的顶点集DV={V1,V2,,…Vm};②使用三角网生成算法对DV进行三角网剖分。图3-25删除节点(3)平移结点，在TIN中平移一点，可转换为点的删除与插入操作。(4)根据相邻层TIN的变化调整当前层的TIN模型。这一点主要是针对层为稳定的。所以，可以利用相邻层形态的变化，动态调整当前层的形态。在图3-26中，因钻孔数据P1的加入，地层A的形态发生变化，而钻孔又没有穿过地理信息系统对于研究区内所有地层的TIN的平面位置都是完全一样的，所层A中加入P1点后，地层B中必然增加一点P2。因P2点的高程值可以通过层间距推断出来，所以，待得到P2点的高程值后，B地层TIN的动态修改问题就转化为同一地质体TIN的修改，即与上一点的算法完全相同。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-26相邻地层TIN修改变化示意图本项目所研究的精细地层模型中，对TIN主要的修改方式是加入数据点，包括加入新数据点、编辑数据点等。由于地质实体三角形顶点的特征值并非都是钻孔等原始数据点，有些顶点数据是根据原始数据插值获得，因此当有新的原始数据动态地加入模型，或者模型某些数据被动态地编辑了，原来那些通过插值得来的特征值就需要再次计算，以更真实地模拟地质体。所以，动态编辑三角网后需根据修改点及其周边的原始数据，修改周围那些并非原始数据点的三角形顶点，但不能修改原始数据点的数据，以尽量真实地反映地质体在三维空间的形态。因此，我们设计了专门的数据结构，提出了膨胀算法来查找周围三角型数据，然后采用曲面样条函数算法来对那些非原始数据点重新插值。根据我们研究，在可视化系统中实现模型动态编辑后局部重构地层模型的流程如图3-27所示。原始数据点是否足够图3-27模型动态编辑与重构流程图局部更新二维等值线图当地层模型加入新数据或者被编辑以后，相应的等值线图也应该得到更新，煤矿数字化智慧矿山整体解决方案以反映最新的地层信息。对煤层底板等高线的修改都是局部的，但计算机自动追踪和生成煤层底板等高线是基于整个地质模型的。如果地质模型的三角形面片尺寸过大，模型不是十分精细，那么自动追踪出的离当前修正区域较远或很远的等高线就可能偏离生成地质模型之前的等高线位置，这显然是不合适的。因为生成地质模型之前的等高线是通过地质专业技术人员确认的，储量块段边界等界线与它密切相关，如果它们经过模型动态编辑后，重新自动追踪等值线后，位置发生变化，那么储量值等参数也会发生变化，这对日常生产的管理是十分不利的。在淮南矿业集团掘进巷道地测预警系统研究课题中就明确提出要实现煤层底板等高线图等地测图件的自动生成与处理。研究发现如果TIN模型中的三角形面片足够小，形成了足够致密的三角网，那么再自动生成等高线时，当前修正的更新区域的等值线会发生变化，但是离该区域较远的等值线将不会发生变化，我们称之为局部更新等值线图。因此用本文所研究的精细地层模型生成等值线图以后，即使对地层模型在进行了修改，重新自动追踪的等值线图变化是局部的，能够解决局部更新等值线图的这个问题，这也是精细地层模型主要解决的问题。基于精细地层模型，我们自动生成等值线图、动态编辑精细地层模型和编辑后局部更新等值线图的流程如图3-28所示，同时，为了更好地反映局部修改的效果，我们还记录了更新区域的边界。图3-28基于精细地层模型局部更新等值线流程图煤矿数字化智慧矿山整体解决方案测量、修改、协调各种地质线(如煤层线、断层线等),工作量十分庞大，且由煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(1)膨胀算法利用“膨胀算法”进行插值计算的原理为(参见图3-29):假设TIN的大部分三角形顶点都具有特征值(如标高),那么,对于某一插值点G(G可以为无特的三角形顶点后，利用下面将要介绍的的曲面样条函数算法，就可以得到G点的插值结果。在逐层向外搜索三角形时，利用前面所讲的TIN图3-29膨胀算法示意图1在图3-29中，G点所在三角形为ABC。假设ABC为搜索数据时的第一层，那么AB、BC、AC三边的相邻三角形为AFB、BHC、CDA,它们为第二层。以此类推，三角形AFB、BHC、CDA的相邻个因素：煤矿数字化智慧矿山整体解决方案1)层数不能太多。否则搜索出的三角形顶点数过多，这必将造成曲面拟合邻点，如图3-30的B、F两点，其中F点为插值三角形C点时搜索到第七层时的三角形顶点，因B、F两点太近，而且诸如地层底板标高等特征值有较大的差异(断层落差大时更是如此),所以将造成曲面的畸变，使插值结果与实际值相差太大。若为逆断层时，还可能导致原始数据的构型错误(因为逆断层的平面投影有局部区域相重，同一个平面数据点可能有两个标高值),所以插值结果也是完图3-30膨胀算法示意图22)层数不能太少。如果层数太少，那么用于曲面拟合的数据点也少，此时中的插值点G,如果搜索数据点的层数为1(图3-31(a)),那么搜索出的数据点数为3,拟合后的曲面为平板(假设三角形三顶点都有特征值),插值结果与周围的趋势不一致；若搜索层数为3(图3-31(b)),其插值结果反应了点D周围的地煤矿数字化智慧矿山整体解决方案图3-31层数与插值效果示意图图3-32平面等分示意图等分角度法的本质就是以插值点为中心把360度的平面作N等分(图3-32中N=8),然后在每一等分的平面内搜索原始数据点。在当前算法中，层数的确定方法如下：从插值点所在的三角形开始向外扩展三角形以搜索原始数据点；如果满足N等分面内搜索的原始数据点数≤5,那么当前层数即为合法的层煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(2)曲面样条函数1)插值算法的选择。对原始TIN的加密，待通过膨胀算法得到用于插值的法的选择是十分重要的。在现有的GIS,CAD系统和参考文献中，对地学变量进在选择适合于层状地学空间变量插值的数学方法时，最好满足以下几个基本条(c)用于插值的原始数据点不一定规则排列，可以随机分布。在地质工作中，如果插值算法对数据的空间分布位置要求过高，那么,该算法的实用性将受煤矿数字化智慧矿山整体解决方案已知原始数据点，用于曲面拟合的原始数据点数≥3即可。由于本论文中所研究2)曲面样条函数原理曲面样条函数可看成是无限大平板纯弯曲时的变形，挠度W和作用在该板上的负载q(x,y)之间的微分方程是：式中，D----板的抗弯曲强度曲面样条函数的表达式为：式(3-2)中a₀,a,a₂,F(i=1,2,…n)----待定系数&----调节曲面曲率大小的经验参数，它视实际情况适当选变化较大时，ε要取得小些，反之则取大些。一般情况下，ε=1～10-²,对有奇性的曲面取ε=10-⁵~10-⁶较好。待定系数a₀,a₁,a₂,F(i=1,2,…n)可以通过下列方程组求得：煤矿数字化智慧矿山整体解决方案一般在地质曲面的插值中c;都取为零，以使得求出的曲面样条函数在已知点吻合原始数据，即曲面通过原始数据点。式(3-3)给出的方程组的矩阵形式为：这是一个对称方程组，并且一般而言主对角线元素全为零。为保证解的稳定性，可用对称方程组的HOUSEHOLDER变换法求解。2、平面修剖面平面修剖面的原理与上述剖面修平面相反，是其逆过程，即将平面上剖面线处的关键点反映到剖面上，修改剖面上的断层线、煤层线等。其原理与绘制预想剖面图一致，在此不再赘述。3、致密网状平剖对应对于生产矿井，通过有限的钻探勘探线、物探剖面、生产实际信息控制的煤煤矿数字化智慧矿山整体解决方案层或标志层专题图形，由于线间距比较大(如50米或25米),如果把上下层的此，需开发如下功能：(1)可以纵横交错切割任意数量的剖面图。如图3-33中的剖面线。(2)在同一屏幕上，可以同时展示平面图和剖面图，而且剖面图的数量可以大于1。如图3-34。(3)实现平剖对应的可视化操作。图3-33网格状预想剖面的剖面线煤矿数字化智慧矿山整体解决方案测量、通风、监测监控等数据变化管理的煤矿空间信息共享与Web协作应用平计、调度、检测、监测等多个生产专业部门环节上的信息，涉及面广，更新信息共享应用带来便利。如图3-35所示。系统的建设应在GIS、WebGIS、数据库技术的支持下，统一地理信息系统据库管理系统(SQL)、实现专业应用软件组件式开发，基于矿井生产技术层、动态变化而达到生产专业应用数据的共享与交煤矿数字化智慧矿山整体解决方案空间信息文件空间信息文件空间信息文件地坝螂门通风部门信息中心添加检锦图3-35基于空间数据库的生产专业部门信息共享煤矿危险源识别、预警系统必须统一架构地理信息系统平台与数据存储、集成开发专业应用软件(面向生产技术层)与远程管理平台(面向领导层、决策层、管理层),真正实现服务于煤矿安全生产管理。地理信息系统平台是核心，统一存储的数据是系统运行的血液，专业应用软件是其现代化工具，几个部分相互衔接，加上与系统运行相配套的管理制度与基于工作流的分级处理反馈管理机制构成了煤矿安全生产管理模型。为此，系统的整体架构是浏览器/服务器+客户端/服务器体系结构，即C/S+B/S结构为基础，基于WebGIS的专业系统实现集团公司、生产矿井等多部门与多管理层面的数据共享、交换与安全生产管理。煤矿数字化智慧矿山整体解决方案门不同级别人员的分级处理(包括信息上报与信息反馈),一旦出现某一岗位信导审批—矿长审批(若有需要)一公司主管部门—主管领导；同时基于统一数据如图3-36所示实现分级处理与管理，一旦某一环节出现无反馈现象直接上报到分级的责任人顺序定制可以根据实际情况配置和修改。见图3-37。生产科室专题图件与实时数据审核、上报地测诵风机申.专北级服务器矿井技术层附形报善设置及查看附形报善设置及查看短信描设查基本设置分钟◎表示不超检)短信设置助煤矿数字化智慧矿山整体解决方案煤矿重大危险源评价指标体系主要是面对重大危险源的单一评价以及危险矿井重大危险源分级是根据主要灾情指标，划分如下：煤矿数字化智慧矿山整体解决方案目前，参照国土资源部和国家气象局对地质灾害发生可能性的分级是采用5级体系，我们也将矿井重大危险源的不同危险级别采用不同的表现及发布方式：4级，灾害发生的可能性大。3级，灾害发生的可能性中等(较大)。2级，不易发生灾害(小)。1级，不发生(很小)。其中，3级在预报中为注意级，4级在预报中为预警级，5级在预报中为警报级；1-2级不发布任何警报，如表3-1。54221煤矿数字化智慧矿山整体解决方案(1)目的性：煤矿重大危险源评价指标体系建立的目的就是实现矿井重大(3)层次结构性：评价指标体系是由一定层次结构的评价指标组成，在层(4)关联性：主要充