西山煤電地測數字化管控平臺設計與應用

侯曉瑞

(西山煤電(集團)有限責任公司， 山西 太原 030053)

信息化是煤礦智能化和數字化轉型的基礎。地測信息化建設是安全生產信息化的重要組成部分，西山煤電集團公司地測信息化建設階段不同，地測圖形系統、業務管理系統都是單獨的系統，技術相對落后，現有系統數字化、規范化及集成度比較低，無法滿足地測專業內部管理需求、煤礦智能化建設對地質保障的要求、各級政府監管和上級集團對地測數據上報的需求。

因此，該公司迫切需要在已有地測信息化成果的基礎上，建設地測數字化管控平臺，按照煤礦企業數字化轉型發展的需要，提升地測信息系統智能化、自動化程度，助力煤礦智能化建設，保障安全生產。

1 地測數字化管控平臺總體設計

西山煤電地測數字化管控平臺基于協同GIS、虛擬現實、移動互聯網、大數據分析等先進技術，以及一張圖的管理理念[1]，建立圖形和業務數據庫[2]，研發一張圖協同管理與服務平臺[3]、地測業務協同管理平臺、數據交換共享平臺，開發地質、水文、儲量、測量等專業應用系統，建設地測透明化系統，實現地測信息共享、業務協同及大數據分析、智能診斷預警，提升地測業務工作的規范化、流程化、智能化、數字化管控水平。

系統建設內容包括數據庫建設、基礎管理與服務平臺、應用系統建設、硬件運行環境配置、技術資料處理和數據建設及人員培訓和技術服務。系統架構設計見圖1.

圖1 軟件系統架構設計圖

2 地測數字化管控平臺功能設計

系統功能架構由硬件支撐系統和軟件系統組成。軟件系統由數據庫、管理與服務平臺、應用系統及數據分析決策支持系統組成。軟件系統功能架構見圖2.

圖2 軟件系統功能架構圖

2.1 數據庫系統

數據庫系統包括基礎數據庫、地質數據庫(瓦斯地質數據庫)、測量數據庫、水文數據庫、資源儲量數據庫、地測檔案數據庫、數據交換中間庫等。建立系統管理數據庫、圖形數據庫和屬性(業務)數據庫，調研業務需求，設計數據結構，確定數據類型，存儲基礎數據、日常業務數據和實時數據，作為圖形生成、統計分析的數據來源，是系統平臺、各業務應用系統、大數據分析決策支持系統的基礎。

2.2 地測GIS一張圖協同管理系統

地測GIS一張圖協同管理系統由協同管理GIS

服務子系統、協同管理Web在線應用子系統、GIS圖形平臺子系統、地測圖形協同管理子系統等組成。

地測圖形協同處理子系統主要包括：地測數據庫管理信息系統、等值線圖、測量圖、儲量圖、柱狀圖、剖面圖、素描圖、防治水圖、瓦斯地質圖9大模塊。

系統以最優的算法、精準的空間數據信息處理、高效的圖形處理流程，實現各種地測圖件的自動生成、編輯及圖形管理。

2.3 管理與服務基礎平臺

建立業務協同管理平臺、一張圖管理與服務應用平臺、大數據分析平臺、數據交換平臺，對系統用戶、權限進行配置管理，集成各業務應用系統，為業務系統提供管理和數據服務。

業務協同管理平臺是地測信息管理Web發布和應用的基礎平臺，建立整個系統架構基礎管理體系，實現系統管理和應用系統集成，并具有公文公告、收發文、智能助手等基本功能；具有政策法規、規程條例、文件等管理和發布功能；智能助手可以按照工作任務和流程進行數據檢查，發布提醒信息，督促各礦及時完成數據填報、更新等工作任務。

一張圖管理與服務應用平臺基于公司和礦井一張圖實現礦井的定位導航與綜合信息展示，在地測一張圖上分層疊加顯示各煤層、各類專題圖件，進行采掘工作面、鉆孔、斷層、陷落柱、采空區、積水區、瓦斯含量點、保護煤柱、水文監測點及地質重點工程、地質巡查隱患點等相關圖形信息與關聯屬性的查詢瀏覽，并具有智能搜索功能。

數據交換共享平臺實現應用系統之間業務和數據的交換、路由、轉儲、發布、訂閱、連接等功能，滿足地測與其他安全生產專業系統集成需求，滿足上級部門、各級政府監管對地測數據上報的需求。

2.4 業務應用系統

基于管理與服務平臺，建立各業務應用系統，包括地質、測量、水文、資源儲量、物探等，實現數據采集、數據存儲、數據處理、數據查詢、數據分析，并能提取數據，生成各類專業圖形，生成臺賬、報表，對各類文檔進行管理，具有流程處理和智能提醒等輔助管理功能。

業務應用系統改變原系統以文檔管理為主的管理模式，基于完整的圖形數據庫和屬性數據庫，實現地測絕大部分信息的數字化入庫，為地測業務的協同處理和信息共享提供了基礎，也為大數據分析預警提供了數據來源，極大地提升了地測數字化水平。

2.5 地質透明化礦山建設

基于3DGIS技術開發可視化平臺，建立地測模型和場景，構建煤礦的地質、測量虛擬仿真模擬系統，實現礦井地質透明化。可以根據地形數據、勘探、地質、測量、水文、物探、井巷工程等空間數據，基于二維圖形自動生成三維模型，實現礦井二三維一體化管理。所有與時間關聯度較高的地測實體賦時間屬性，建立四維可視化系統。可以實現井巷工程、鉆孔、地質構造、水文區域、水文監測等地測實體的屬性數據查詢，并具有三維剖切分析功能。

建立透明工作面，基于地質勘查數據、井巷工程數據、井上下鉆探、物探等數據，開發采煤工作面多源空間數據集成與融合分析，建立綜采工作面高精度三維地質模型，支持煤層、斷層、煤壁、構造、夾矸等關鍵位置多分辨率模型構建，并通過基于最新數據的高精度三維地質模型局部動態修正技術，提高工作面地質模型的精度，為智能開采工作面的建設提供基礎的地理信息透明平臺支撐，指導回采工作面自適應割煤[4].

2.6 綜合管理

建立井下地質信息采集系統，施工隊組填報當班頂板錨索見煤巖情況、巷道前方超前探鉆孔見煤巖情況及巷道涌水、鉆孔出水等情況，記錄采掘工作面施工位置及地質、水文信息，礦井地測部門審核后上報公司，實現閉環管理。

對煤礦生產過程中的地測業務工作進行全流程管理，包括礦井設計、采區設計、工作面設計、井巷工程施工、工作面回采、采后地質總結及生產過程中地質災害和地測隱患排查治理。

2.7 移動端和大數據分析決策支持系統

基于管理服務平臺及各應用系統建立地測移動端系統和數據分析決策支持系統，主要為管理層和領導層提供地測數據查詢分析和預測預警，及時決策指導安全生產。

地測移動端系統建立礦井移動端空間數據查詢與分析平臺，實現多部門多層次井上下圖形和數據共享，可以隨時隨地查詢和瀏覽地測信息，包括地測一張圖、臺賬、報表及文檔；可以及時給領導層和管理層推送各種預報、預警信息；可以在線處理業務工作，實現移動辦公。

大數據分析決策支持系統通過對地質構造、地質危險源、水文監測、資源儲量、防治水工程、巷道貫通、地面沉陷等數據進行綜合分析和智能分析預警，以圖表的形式展示數據分析結果，根據業務模型進行智能診斷和發出預測預警信息，為管理層和領導層提供決策支持。

2.8 系統運行環境和部署方式

配置系統運行環境，對網絡、服務器和存儲及終端運行環境提出要求，結合現有硬件資源情況，配置部分硬件和支撐系統。

系統采用一級部署二級應用，采用C/S+B/S混合模式，服務器端協同一張圖數據庫和一張圖管理與服務、業務系統管理與服務平臺和應用系統部署在西山煤電公司機房，通過專網為公司領導和各部室及下屬礦井提供終端應用服務。客戶端安裝地測空間信息系統和地測圖形協同系統進行數據和圖形處理，使用瀏覽器進行業務數據處理及圖形系統瀏覽和查詢。

2.9 技術資料處理和數據建設

收集系統建設所需的基礎數據和業務數據，數字化處理入庫。各類圖形按一張圖協同管理要求分層和賦屬性數據后導入一張圖圖形數據庫。對各礦井檔案資料數字化處理后，建立目錄索引，上傳檔案文件建立檔案數據庫。整合地形航拍數據，將地形圖轉換成一張圖要求的圖形格式，集成到一張圖。

3 地測數字化管控平臺應用成效

地測數字化管控平臺經過設計、開發和實施已經在西山煤電集團公司及下屬礦井應用，取得較好的應用成效。

3.1 礦井層面應用成效

礦井層面實現各礦井地測工作數字化、信息化、規范化，提高地測工作的效能:1) 建立數據管理和業務流程管理規范。2) 建立基礎數據庫、圖形數據庫和業務數據庫。3) 開發數據采集功能，各業務人員從現場采集數據錄入、導入系統或直接從監測系統接入數據。4) 開發圖形和業務數據管理平臺和應用系統，實現圖形數據和屬性數據的儲存、計算處理、統計匯總、瀏覽查詢。5) 自動生成各類圖形、臺賬、報表，并能分級分類管理查詢。6) 礦井地質透明化建設可以實現基于三維可視化平臺的安全生產管控，通過高精度地質模型為智能開采自適應割煤提供數據。7) 具有綜合展示、綜合管理及大數據分析預警決策支持功能。

3.2 集團公司層面應用成效

公司層面實現集團地測工作的集中管控和智能管控：1) 對各礦井地測數據進行集中管理、統計匯總和分析查詢。2) 可以遠程巡查各礦井日常地測工作情況。3) 日常地測工作信息化、數字化管理，貫徹礦井地測工作制度規范，實現流程化和智能化管理，督查和考核各礦井地測工作完成情況。4) 及時發布和共享各礦井地測信息，為集團領導和安全生產相關部室提供決策支持。5) 從集團層面向上級單位和政府監管部門上報或共享地測信息。

4 結 語

地測數字化管控平臺基于協同GIS、虛擬現實、物聯網、大數據分析等先進技術，實現地測信息共享、業務協同及大數據分析、智能診斷預警，提升地測工作的自動化、規范化、流程化、智能化、一體化管控水平，為煤礦安全生產提供地質保障和有效決策支持。

1) 基于先進的信息技術，實現地測工作的全業務、全流程的數字化、智能化、一體化管理。

2) 建立了地測一張圖協同管理系統，解決了煤礦圖形協同更新的問題，保證圖形數據的及時性、一致性，實現了圖形與業務數據的融合和一體化管理。

3) 基于移動互聯網開發地測手機端系統，隨時隨地可以瀏覽地測圖形和查詢地測數據，及時指導安全生產。

4) 透明化礦山建設建立了地表、工業廣場、地層、煤層、井巷工程、重大危險源等采礦場景，直觀展示井上下空間關系，為地質分析和災害管理及智能開采提供高精度地質模型和可視化管控平臺。

5) 一張圖服務與應用及地測全業務信息化提供了豐富地測數據資源，一方面可以通過建立大數據分析平臺實現智能診斷和預測預警，另一方面通過數據交換平臺的建設解決了地測圖形和數據與安全生產其他系統數據交換共享的問題。