煤礦地質測量部門設計和開發的軟件系統

安辰瑜

摘要：介紹一種專為煤礦地質測量部門設計和開發的軟件系統——地質測量信息系統（MSGIS2.5），著重介紹其專地質測量論文資料業CAD系統的系統結構、3D地質測量模型和地質測量圖形的自動處理技術。

關鍵詞：CAD 3D地質測量模型 面向對象技術 地質測量圖形

1.引言

隨著數字化礦山和煤礦信息化建設的需要，采用人工檢索、分析和處理地質、測量信息資料，難以滿足煤礦現代化生產與技術管理的需要，尤其是為了準確預防和快速處理礦井重大災害事故，及時提供采礦設計與經營決策的基礎數據，更有必要利用計算機和網絡技術來實現煤礦地質測量數據的自動化管理，各種基礎圖件的自動生成和快速、準確地進行分析與預測。煤礦地質測量信息系統MSGIS2.5是2002年底新升級完成的。該系統是一個高度集成化，以32位Windows操作系統（Win95，98，NT，XP）為基本運行平臺的專業軟件包。它由4個（地質、測量、水文、儲量）基礎數據管理模塊和一個專業的CAD系統，及一個3D可視化模塊所組成，能全方位貼近煤礦地測部門實際工作需要。

2.系統功能和結構

2.1系統功能

煤礦地測信息系統MSGIS2.5跟蹤了煤礦地測部門日常工作的全過程，所有設計均滿足煤礦生產的實際工作方式與作圖規范。該系統有地質、測量、水文地質和儲量數據庫72種，可處理臺賬和報表88種、地測圖件33種。具有以下特點：

a.系統功能全面，系統化程度高，具有適用于地測專業的面向對象的海量圖形數據庫和圖形編輯系統。

b.圖件生成的自動化程度高，可直接生成地測常用的基礎圖件，包括柱狀圖、對比圖、剖面圖、巷道素描圖、采掘工程平面圖及各類等值線圖等。

c.獨特的三維多層地質模型和網狀巷道模型，并可實現地質體及井巷工程的三維顯示與漫游。

d.具有高效快捷的平面和剖面對應與任意切剖面功能。

e.在基礎圖件上可對某一范圍的煤層厚度、導線點、斷層、地層傾角、工作面布置方式、采掘工藝等信息進行統計與查詢。

f.系統穩定，容錯能力強，并提供多種輔助決策工具。

g.標準Win32全中文操作界面，易于用戶的學習與掌握。

2.2系統結構

本系統的各子系統和模塊間的關系示于圖1。

3.數據管理系統

本系統的數據管理系統包括地質、測量、水文地質和儲量4個子系統。它能滿足用戶對地測數據錄入、查詢、修改、統計分析、編制報表及制圖工作的需要。在設計上遵循以下原則：a.系統以E—R（Entity—Re—lationship）關系數據庫模型[1]建立數據庫系統；b.信息全面化，能全面跟蹤煤礦地測部門生產過程中各類原始數據的采集、分類與匯總；c.編碼規范化，全面遵循國家有關技術規范，系統化地建立了點型、線型、圖案、巖石符號、鉆孔等信息的編碼方案；d.高度共享，各類數據之間以及數據與圖形之間的信息能雙相流動，動態修改，高度共享。

4.地測制圖CAD系統

本系統的圖形子系統是一個面向對象的具有多文檔用戶界面的專業CAD系統。它由面向對象的圖形數據庫、圖形編輯器、地測常用圖件的自動生成模塊、空間屬性查詢與輔助決策分析等部分組成。

4.1系統設計原則

4.1.1分類疊加組合原則

在主菜單中將專題制圖分為柱狀圖類、剖面圖類、礦井平面圖類、開采工作面類、采掘工程圖類及小插圖等6個大類的圖形。每個圖形通過一個或幾個命令自動生成，圖形文件之間可以通過圖層的方式進行疊加與組合，從而派生出一些需要的圖件。

4.1.2開放性原則

系統在保持其專業性和獨立性的前提下，還充分考慮了與其他通用CAD系統和GIS系統之間圖形文件及資源數據之間的共享與交流。該系統提供了開放的DXF接口；支持用戶通過命令行方式對系統功能進行擴充；允許用戶通過數據庫、文本文件、交互式手工方式進行計算制圖。

4.1.3實用性原則

系統在制圖過程中，除了支持標準的數學坐標外，還支持地理坐標方式，并可根據煤礦用戶習慣通過已有的導線點（或其他參考點），由邊長與方位來定位目標點。

4.2地測常用圖形的自動處理

4.2.1柱狀圖的生成

本系統允許用戶以5種標準格式或自定義格式繪制單孔柱狀圖；能自定義巖性符號；自定義煤巖層對比圖的輸出格式；可讀取測井數據文件直接繪制測井曲線。系統采用“最小厚度法”和“圖元組合法”技術來解決薄層（緩沖線）處理和巖性符號的定義。

4.2.2剖面圖的生成

本系統以改進的剪紙法（單層平移法）自動生成剖面圖，并可處理任意落差、任意傾角的斷層及其各種切割交錯關系的斷層組合。通過系統內部定義的3D地質模型，能快速實現剖面圖與平面圖的數據對應。

4.2.3礦井平面圖的生成

本系統通過組合的方式，以向導式引導用戶繪制圖框、鉆孔標志、煤層小柱狀、各類等值線、儲量計算塊段、各類邊界曲線和采掘工程等內容。系統能通過構造限制Delaunay三角形[2]方式實現等高本論文由無憂論文網

線跨斷層處理技術。

4.2.4添加開采信息

在礦井平面圖或采區平面圖的基礎上，截取出開采工作面的范圍，可以此為基礎添加探煤厚點、井峒石門見煤點、工作面揭露斷層、地層傾角和采掘工程等開采信息，還能修改相應煤層底板等高線，其最終成果又能反饋到礦井或采區平面圖上。

4.2.5跨斷層任意切分剖面

通過系統內部定義的多層地質體3D模型，采用面向對象技術，自動識別煤層、斷層、巷道等信息，從而有機地構造任意方向的地質剖面信息。

4.3基礎圖件上地測信息的統計與查詢

用戶可以用交互方式在基礎圖上圈定封閉區域，通過系統定義的面向對象的圖形數據庫屬性指針，完成對該范圍內的煤層厚度、導線點、斷層、地層傾角、工作面布置方式、采掘工藝等信息進行統計與查詢。

4.4分析預測輔助決策

通過系統構建的全要素多層地質體模型，實現空間任意點處煤層底板標高、煤層厚度、煤層傾角等參數的分析與預測。

5.3D可視化模塊

該系統通過對多層地質體構造三角化曲面，采用OpenGL處理函數接口[3]，可實現地質體及井巷工程的三維顯示與漫游，從而為用戶作輔助決策提供直觀分析的基礎。該系統先后在山東的兗州、棗莊、肥城，河南的平頂山，江蘇的徐州、大屯，安徽的淮北、皖北，內蒙古的大雁、伊敏，陜北的大柳塔，山西的大同等十幾個礦務局和煤礦的地測部門推廣使用，已逐步成為煤礦數字化的基礎平臺。