大同煤礦基于GIS生產綜合管理系統研究與示范

徐曉宏，力宏才

（大同煤礦集團總調度室 ，山西 大同 037003）

0 引 言

煤礦管理是一個綜合專業系統工程，而煤礦指揮中心是調度系統的核心。如何將各個專業高度集成調度數字化管理平臺，是許多科研機構及煤礦科技管理工作者的研究方向[1]。目前煤炭行業中數字礦山仍在處于標準不明確，技術水平低的格局，而礦山投資大、體量大，要想形成先進的數字化礦山示范區必須由國有煤炭企業作為先鋒探索該領域。近年來，大同煤礦集團積極響應國家實現煤礦“四化”（機械化、自動化、信息化、標準化）以及智慧礦山[2]、安全生產大數據戰略，大力推動煤礦信息化，利用空間數據倉庫、GIS等技術建立了“大同煤礦集團基于GIS綜合生產管理系統”。基于GIS生產管理系統以“采、掘、機、運、通”各個專業礦圖為基點有效將“水、火、瓦斯、頂板”數據處理[3]，筆者旨在展示此系統對現代化集團公司類礦山管理的重要意義。

1 國內多數煤礦企業圖紙管理現狀分析

1）礦用圖包含采掘類、機電類、通風類、安全類、地測及防治水類、主運輸系統類、輔助運輸系統圖類等多類達50張以上的圖紙，個別礦井甚至須頻繁更新井上下對照圖、絞車運輸圖等，傳統的部門管理以及文件存儲方式，易造成各業務部門間的管理困難，進而導致更新和共享操作性差。

2）目前各礦井使用的礦圖制圖軟件有Autu-CAD、LongruanGIS等[4]。由于軟件平臺的不同，不僅數據交流困難，而且很多系統存在重復建設現象，數據安全性也無法保證。此外，由于AutuCAD平臺缺乏空間對象空間關系的表達，所以，不能很好處理煤礦各類空間數據。

2 大同煤礦集團“一張圖”管理思路

同煤集團是一個地跨北從大同南至忻州，橫跨39個縣、區，擁有煤田面積6157平方公里的煤炭集團公司，管理難度極大。建設同煤集團基于“一張圖”綜合生產管理系統要以業務需求為導向，結合實際，以解決安全生產管理的瓶頸問題為切入點，不追求華而不實。該系統首先在地測系統的基礎上，實現礦圖的集中存儲、協同制作，并利用基于GIS的網絡平臺實現礦圖、地形地貌等地理數據的綜合集成與展示，為解決相鄰井田開采影響及上下層采動影響提供直觀、詳實的數據。

其次，在已形成的數字礦圖基礎上，整合生產調度、應急物資、井下安全監測數據、井下人員定位數據、重要工作地點視頻，構建一體化的安全生產綜合監管平臺，達到“以圖管礦、以圖管量、以圖救災”的目的。

1）關鍵技術研究：主要包括同煤集團基于GIS“一張圖”數據存儲管理模型、信息共享的數據驅動模型、面向多部門協作與信息共享的調度管理模型、基于物聯網技術的綜合數據集成模型、一張圖空間數據的決策分析研究等。

2）系統軟件研制開發與集成：煤礦安全生產“一張圖”平臺、基于GIS的大型設備管理系統、基于GIS的應急物資管理、基于GIS的綜合管理門戶開發以及系統配套的硬件環境搭建[5]。

3）基于GIS的在線監測集成與應用：包括安全監測、人員定位管理、工業視頻等在線監測集成與綜合展示。

3 大同煤礦集團基于GIS生產綜合管理系統示范工程

3.1 生產及各類圖紙管理系統

基于大同煤礦集團現有地測成果資料，通過地測數據共享建立統一礦圖管理標準規范和一體化數據庫并實現對各礦采掘平面圖等主要礦圖的充分共享和統一管理，并在GIS“一張圖”上實現采掘現狀的在線更新。

1）通過素質遙感影像、數字高程模型、以及Google地球等數據將礦區地形地貌分布圖、道路、建筑詳細的分析描述礦區地表地理環境。實現煤礦地質、測量、通風、生產、機電的圖形專業資料的科學集成與充分共享，支持與現有LongruanGIS3.0、AutoCAD（DWG/DXF）、ArcGIS（SHP、Geodatabase）、MapGIS（中間文件）等格式的數據交換，實現各類專業圖形統一入庫、分層管理、坐標系一致性轉換等。如圖1，可以看到同煤礦井本部礦井在地表中的位置關系，并通過輸入功能查看空間數據庫中的任一圖紙以及數據庫中的生產銜接狀況。

圖1 綜合生產管理系統界面

2）通過空間數據引擎SDE，建立以包括煤礦主體業務科室如通風、地測等一體化數據庫為核心。通過點選式和輸入式的操作實現各類圖紙的協同編輯、資源共享，最終形成有序統一的信息化平臺。

3）基于強大的服務GIS后臺支撐，開發基于Web應用的圖形網絡瀏覽、查詢。建設共享協作平臺，達到“規范管理，責任到人，足不出戶，統攬全局”。利用專業的軟件系統提高專業技術資料（專業圖紙繪制、計算、數據）管理的效率和效果，保障專業技術資料的精確性、及時性。

3.2 應急救援系統

實現基于“一張圖”的煤礦應急管理、安全監測、人員定位、工業視頻在線監測數據的實時監測和展示如圖2，在地圖上展示二級公司、三級單位應急物資信息[6]。

圖2 應急救援系統界面

1）應急物資信息及救護隊裝備顯示。主要可以展示應急救援隊伍、應急機構、應急救援裝備物資、礦山救護專家庫等信息，具有有添加、刪除、修改、高級檢索和導出功能，并且可以按照事故類型和名字來檢索專家信息。同時對于亟需的重要裝備和救援物資通過界面化管理系統，實現重要信息在系統內的實時更新顯示，解決應急救援時系統內重要信息時效性的問題。

2）應急通訊與人員指揮。通過導入應急電話提供應急人員的通訊錄信息管理，而完成事故發生后的應急響應及救援結束后的登記管理。根據應急預案的響應流程，實現預警信息、突發事件、行政事務等快速分類處置和報送，提高應急響應速度，通過短信、電話、網絡等通信平臺輔助動態應急救援方案的指揮下達。

3）基于GIS的災害與救援定位。利用已輸入的數據庫信息及GIS空間數據庫相結合，通過標定災害、事故發生點，自動生成各種救援資源的顯示分布，是對人員定位、財產定位、設備定位及危險源定位如圖3，從而可準確實現救援信息的實時集中發布共享。

4）基于GIS的應急預案決策系統。根據礦山事故發生位置、屬性以及系統生成的周邊人員、物資信息等救援信息，利用GIS網絡分析、空間分析等功能，生成綜合預測分析結果,以知識庫的形式及時提供救災專家建議與方案等內容。并可以及時將初步方案發送至現場專家組，通過與現場專家審核修正形成最終可實施的救援方案，形成有可操作性的應急預案。

圖3 GIS應急物資定位三維展示圖

4 結論與展望

根據智能煤礦建設的需求，本文提出了煤礦分布式協同的生產綜合管理系統管理和建設思路，對與該系統技術體系相關的數據標準規范、煤礦時態空間數據管理、分布式協同更新、空間數據服務發布等關鍵技術進行了探討和研究，形成了一整套適合煤礦實際應用的“一張圖”解決方案。實踐證明，同煤集團基于GIS的生產綜合管理系統管理思路和方法可以有效解決煤礦信息化過程中數據孤島嚴重、信息化基礎不牢、數據難集成、智能化分析水平差、應用效果不佳等問題，對充分發揮信息化在煤礦安全生產和管理中的作用，并最終建立智能礦山具有重要的現實意義。

數字網絡化的軟件系統是今后系統擴展的主流方向，行業的數字化以及遠程監控實時化[7]、可視化具有廣泛的應用前景,下一步同煤集團將開展井下三維建模工程、將可視化、形象化的地質模型應用到礦山生產的日常管理中。