煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

魏 勇

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

中國(guó)是世界上最大的煤礦生產(chǎn)國(guó)之一，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，煤礦開(kāi)采機(jī)械化程度得到明顯的提升，且大幅度提升了煤礦生產(chǎn)的安全性。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)逐漸應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，大幅度提高工作效率和保證工作安全，煤礦生產(chǎn)也不例外。在煤礦開(kāi)采和生產(chǎn)過(guò)程中，煤礦地質(zhì)測(cè)量工作是一項(xiàng)非常重要和基礎(chǔ)的工作，且測(cè)量資料具有不確定性、動(dòng)態(tài)性和活躍性等特征，隨著時(shí)間的推移，測(cè)量數(shù)據(jù)日益豐富，構(gòu)建煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)，可有效預(yù)防各種災(zāi)害和重要事故的發(fā)生，提升煤礦安全生產(chǎn)，還能促進(jìn)煤礦企業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化、信息化和安全化方向發(fā)展，對(duì)煤礦行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 現(xiàn)階段我國(guó)煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r

空間信息系統(tǒng)是基于專(zhuān)家系統(tǒng)的管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有機(jī)結(jié)合礦山壓力檢測(cè)系統(tǒng)、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和社會(huì)信息系統(tǒng)，是一種高效、便捷的管理系統(tǒng)，而煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)就是將該系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦開(kāi)采行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)整體上監(jiān)測(cè)煤礦地質(zhì)情況，主要應(yīng)用在大型煤礦企業(yè)中。

從我國(guó)大型煤礦企業(yè)空間信息系統(tǒng)應(yīng)用狀況來(lái)看，發(fā)展水平較低，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，信息系統(tǒng)相對(duì)單一，內(nèi)容簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用在各個(gè)部門(mén)之間；其二，信息系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)上[1]。對(duì)于一個(gè)大型煤礦企業(yè)而言，該系統(tǒng)的應(yīng)用導(dǎo)致了信息的嚴(yán)重浪費(fèi)，且存在管理程度不高等各種問(wèn)題，不利于實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)測(cè)量空間的目標(biāo)。

2 煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)的框架

煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)的構(gòu)建，必須要結(jié)合實(shí)際的作業(yè)流程和地質(zhì)測(cè)量部門(mén)的具體要求，并以采掘空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)部門(mén)所生產(chǎn)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、更新、整理、分析、存儲(chǔ)和提取等，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)和種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，建立對(duì)應(yīng)的專(zhuān)業(yè)圖形庫(kù)和模型庫(kù)[2]。

2.1 基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)共有三個(gè)層次，第一層次主要以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，子層次包括數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)連接（Open Database Connectivity，ODBC），子層次主要是收集、處理各種地質(zhì)數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶需求將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成各種專(zhuān)業(yè)圖表和圖紙；第二層次在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下應(yīng)用，用戶根據(jù)自己的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的瀏覽和查詢(xún)，并借助ODBC 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行開(kāi)放，并與其它專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件進(jìn)行鏈接；第三層次是將煤礦地質(zhì)測(cè)量以及生產(chǎn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，編制成專(zhuān)業(yè)圖件，為煤礦生產(chǎn)提供智能輔助決策與支持，并向用戶呈現(xiàn)多層地質(zhì)實(shí)體的三維效果圖，提高煤礦生產(chǎn)的安全性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 基本功能

煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)是基于Windows 環(huán)境下，可在線實(shí)時(shí)生產(chǎn)各種煤礦的原始數(shù)據(jù)，包括鉆孔數(shù)據(jù)、測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)等等，并自動(dòng)收集煤礦地質(zhì)測(cè)量的各種圖片，對(duì)現(xiàn)有的圖片進(jìn)行修改和完善。煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)主要包括四大模塊：圖形生成的功能模塊、數(shù)據(jù)查詢(xún)的功能模塊、標(biāo)定解算的功能模塊和數(shù)據(jù)管理的功能模塊[3]。數(shù)據(jù)管理模塊收集、整理煤礦地質(zhì)測(cè)量的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)娇臻g數(shù)據(jù)庫(kù)中；標(biāo)定解算模塊根據(jù)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量出三點(diǎn)之間的水平夾角，輸入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)中，然后把各個(gè)測(cè)量點(diǎn)標(biāo)識(shí)出來(lái)；數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊根據(jù)地理位置坐標(biāo)，查詢(xún)所在位置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，該模塊功能具有靈活的維護(hù)方式和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性；圖形生成模塊最具有實(shí)用價(jià)值，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)并生成對(duì)應(yīng)的圖片，并空間處理巷道、工作面和水平面之間的關(guān)系。

3 煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信息采集與分析的關(guān)鍵技術(shù)

在煤礦地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的地測(cè)數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)數(shù)據(jù)的建立必須使用對(duì)應(yīng)的技術(shù)，此外，數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是一個(gè)不斷變化的過(guò)程，具有豐富性、動(dòng)態(tài)性和多變性的特征，比如有開(kāi)采信息、測(cè)量條件、水文信息和地質(zhì)信息等。對(duì)于煤礦開(kāi)采和生產(chǎn)而言，這些信息具有非常重要的作用，且必須進(jìn)行實(shí)時(shí)更新整合分析，為各個(gè)部門(mén)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，確保開(kāi)采、生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展。所以在地質(zhì)測(cè)量中經(jīng)常使用到GPS、遙感和數(shù)字?jǐn)z影等等[4]。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提，故在建立數(shù)據(jù)時(shí)需要滿足用戶的基本需求，以及提供生成圖形的數(shù)據(jù)接口，同時(shí)可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行，所以數(shù)據(jù)庫(kù)建立要在目前常用的操作平臺(tái)上。數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要是B-S 管理模式和C-S 管理模式，B-S 管理模式主要為相關(guān)部門(mén)和后勤部門(mén)提供輔助工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)的查詢(xún)和訪問(wèn)，滿足自身工作的需求；C-S管理模式主要為測(cè)量人員提供對(duì)應(yīng)的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、更新和管理等等。

在煤礦地質(zhì)測(cè)量工作中，必定會(huì)產(chǎn)生大量的圖片和資料，借助掃描數(shù)字化技術(shù)和手扶跟蹤數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的成果圖件進(jìn)行完善和更新。同時(shí)為其它專(zhuān)業(yè)軟件提供數(shù)據(jù)接口，該接口主要作用是直接提取數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖形以及屬性數(shù)據(jù)。

3.2 GIS 平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

GIS 平臺(tái)是煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)的一部分，該平臺(tái)主要是處理地質(zhì)測(cè)量后所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的類(lèi)型和特點(diǎn)建立在線處理和可視化的數(shù)據(jù)庫(kù)，在該數(shù)據(jù)庫(kù)中各種數(shù)據(jù)信息都可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的圖件[5]。比如平面設(shè)計(jì)圖和煤巖層含量的對(duì)比圖，這些圖件具有直觀的效果，滿足實(shí)際煤礦生產(chǎn)、開(kāi)采的基本需求。在GIS 平臺(tái)設(shè)計(jì)中，圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要具有層次結(jié)構(gòu)，其目的是便于管理和使用。為了提高GIS 平臺(tái)的可維護(hù)性、可操作性、穩(wěn)定和模塊化，必須要使用對(duì)象技術(shù)，促使圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有著根本性的飛躍。另外GIS 平臺(tái)主要用于煤礦地質(zhì)測(cè)量，故要具有動(dòng)態(tài)性特征、空間性特征、時(shí)代性特征和成分性特征，突出系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)性。

3.3 專(zhuān)業(yè)圖形的自動(dòng)生成關(guān)鍵技術(shù)

專(zhuān)業(yè)圖形的自動(dòng)生成是建立在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)基本資料基礎(chǔ)之上，是地測(cè)工作的最終成本表現(xiàn)形式，常見(jiàn)的圖形有柱狀類(lèi)、剖面類(lèi)和平面類(lèi)。柱狀類(lèi)圖形的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，各欄之間的關(guān)系協(xié)調(diào)、巖層與地層系統(tǒng)的文字處理、巖性符號(hào)柱狀的繪制，另外還需要對(duì)柱狀圖設(shè)置自由定義功能[6]。剖面類(lèi)圖形的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即剖面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和剖面處理技術(shù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備主要是針對(duì)數(shù)據(jù)的獲取，可以直接從數(shù)據(jù)調(diào)取，也可以根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的相交關(guān)系獲取；剖面處理技術(shù)重點(diǎn)處理離散的數(shù)據(jù)繪制地質(zhì)剖面圖。平面類(lèi)圖形處理的內(nèi)容較多，比如采掘工程、各類(lèi)邊界曲線、儲(chǔ)量計(jì)算塊段、各類(lèi)等值線、煤層小柱狀等等，關(guān)鍵技術(shù)可以任意切剖面、自動(dòng)對(duì)應(yīng)與動(dòng)態(tài)修改剖面和平面、自動(dòng)生產(chǎn)TIN、自動(dòng)計(jì)算平面上損失量和儲(chǔ)量等等。除此之外，還有3D 模型的構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、全過(guò)程監(jiān)控，提高煤礦開(kāi)采、生產(chǎn)的安全性，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 制圖中的數(shù)字化處理技術(shù)

常用的制圖軟件有CAD 和mapinfo，數(shù)字化制圖技術(shù)可在煤礦地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)中發(fā)揮實(shí)質(zhì)性?xún)r(jià)值和真正的作用[7]。精通這些制圖技術(shù)，可以有效、具象化處理空間元素的具體性質(zhì)，直觀描述主體對(duì)象，并高效處理各種數(shù)據(jù)，提升煤礦開(kāi)采、生產(chǎn)效率和品質(zhì)，確保煤礦穩(wěn)定和安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在煤礦開(kāi)采機(jī)械化背景下，煤礦行業(yè)構(gòu)建地質(zhì)測(cè)量空間信息系統(tǒng)，對(duì)安全生產(chǎn)和大規(guī)模開(kāi)采具有非常重要的意義和作用，特別是在新世紀(jì)環(huán)境下，部分關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用，大大提高了煤礦地質(zhì)測(cè)量工作的系統(tǒng)性和科學(xué)性，并大幅度降低煤礦生產(chǎn)的安全事故發(fā)生率，促使煤礦地質(zhì)測(cè)量工作向安全和高效方向發(fā)展。另外，在煤礦行業(yè)不斷發(fā)展的情況下，空間信息系統(tǒng)要不斷更新優(yōu)化，充分利用各種先進(jìn)的技術(shù)，才能有效推動(dòng)煤礦行業(yè)向可持續(xù)化方向發(fā)展。