煤礦地質(zhì)測(cè)量部門(mén)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)

安辰瑜

摘要：介紹一種專為煤礦地質(zhì)測(cè)量部門(mén)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)——地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)（MSGIS2.5），著重介紹其專地質(zhì)測(cè)量論文資料業(yè)CAD系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、3D地質(zhì)測(cè)量模型和地質(zhì)測(cè)量圖形的自動(dòng)處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：CAD 3D地質(zhì)測(cè)量模型 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 地質(zhì)測(cè)量圖形

1.引言

隨著數(shù)字化礦山和煤礦信息化建設(shè)的需要，采用人工檢索、分析和處理地質(zhì)、測(cè)量信息資料，難以滿足煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)與技術(shù)管理的需要，尤其是為了準(zhǔn)確預(yù)防和快速處理礦井重大災(zāi)害事故，及時(shí)提供采礦設(shè)計(jì)與經(jīng)營(yíng)決策的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更有必要利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)化管理，各種基礎(chǔ)圖件的自動(dòng)生成和快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。煤礦地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)MSGIS2.5是2002年底新升級(jí)完成的。該系統(tǒng)是一個(gè)高度集成化，以32位Windows操作系統(tǒng)（Win95，98，NT，XP）為基本運(yùn)行平臺(tái)的專業(yè)軟件包。它由4個(gè)（地質(zhì)、測(cè)量、水文、儲(chǔ)量）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊和一個(gè)專業(yè)的CAD系統(tǒng)，及一個(gè)3D可視化模塊所組成，能全方位貼近煤礦地測(cè)部門(mén)實(shí)際工作需要。

2.系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)

2.1系統(tǒng)功能

煤礦地測(cè)信息系統(tǒng)MSGIS2.5跟蹤了煤礦地測(cè)部門(mén)日常工作的全過(guò)程，所有設(shè)計(jì)均滿足煤礦生產(chǎn)的實(shí)際工作方式與作圖規(guī)范。該系統(tǒng)有地質(zhì)、測(cè)量、水文地質(zhì)和儲(chǔ)量數(shù)據(jù)庫(kù)72種，可處理臺(tái)賬和報(bào)表88種、地測(cè)圖件33種。具有以下特點(diǎn)：

a.系統(tǒng)功能全面，系統(tǒng)化程度高，具有適用于地測(cè)專業(yè)的面向?qū)ο蟮暮Ａ繄D形數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形編輯系統(tǒng)。

b.圖件生成的自動(dòng)化程度高，可直接生成地測(cè)常用的基礎(chǔ)圖件，包括柱狀圖、對(duì)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(dú)特的三維多層地質(zhì)模型和網(wǎng)狀巷道模型，并可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)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(duì)應(yīng)與任意切剖面功能。

e.在基礎(chǔ)圖件上可對(duì)某一范圍的煤層厚度、導(dǎo)線點(diǎn)、斷層、地層傾角、工作面布置方式、采掘工藝等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與查詢。

f.系統(tǒng)穩(wěn)定，容錯(cuò)能力強(qiáng)，并提供多種輔助決策工具。

g.標(biāo)準(zhǔn)Win32全中文操作界面，易于用戶的學(xué)習(xí)與掌握。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的各子系統(tǒng)和模塊間的關(guān)系示于圖1。

3.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包括地質(zhì)、測(cè)量、水文地質(zhì)和儲(chǔ)量4個(gè)子系統(tǒng)。它能滿足用戶對(duì)地測(cè)數(shù)據(jù)錄入、查詢、修改、統(tǒng)計(jì)分析、編制報(bào)表及制圖工作的需要。在設(shè)計(jì)上遵循以下原則：a.系統(tǒng)以E—R（Entity—Re—lationship）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型[1]建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；b.信息全面化，能全面跟蹤煤礦地測(cè)部門(mén)生產(chǎn)過(guò)程中各類原始數(shù)據(jù)的采集、分類與匯總；c.編碼規(guī)范化，全面遵循國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范，系統(tǒng)化地建立了點(diǎn)型、線型、圖案、巖石符號(hào)、鉆孔等信息的編碼方案；d.高度共享，各類數(shù)據(jù)之間以及數(shù)據(jù)與圖形之間的信息能雙相流動(dòng)，動(dòng)態(tài)修改，高度共享。

4.地測(cè)制圖CAD系統(tǒng)

本系統(tǒng)的圖形子系統(tǒng)是一個(gè)面向?qū)ο蟮木哂卸辔臋n用戶界面的專業(yè)CAD系統(tǒng)。它由面向?qū)ο蟮膱D形數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形編輯器、地測(cè)常用圖件的自動(dòng)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(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)采工作面類、采掘工程圖類及小插圖等6個(gè)大類的圖形。每個(gè)圖形通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)命令自動(dòng)生成，圖形文件之間可以通過(guò)圖層的方式進(jìn)行疊加與組合，從而派生出一些需要的圖件。

4.1.2開(kāi)放性原則

系統(tǒng)在保持其專業(yè)性和獨(dú)立性的前提下，還充分考慮了與其他通用CAD系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)之間圖形文件及資源數(shù)據(jù)之間的共享與交流。該系統(tǒng)提供了開(kāi)放的DXF接口；支持用戶通過(guò)命令行方式對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)充；允許用戶通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)、文本文件、交互式手工方式進(jìn)行計(jì)算制圖。

4.1.3實(shí)用性原則

系統(tǒng)在制圖過(guò)程中，除了支持標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)坐標(biāo)外，還支持地理坐標(biāo)方式，并可根據(jù)煤礦用戶習(xí)慣通過(guò)已有的導(dǎo)線點(diǎn)（或其他參考點(diǎn)），由邊長(zhǎng)與方位來(lái)定位目標(biāo)點(diǎn)。

4.2地測(cè)常用圖形的自動(dòng)處理

4.2.1柱狀圖的生成

本系統(tǒng)允許用戶以5種標(biāo)準(zhǔn)格式或自定義格式繪制單孔柱狀圖；能自定義巖性符號(hào)；自定義煤巖層對(duì)比圖的輸出格式；可讀取測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)文件直接繪制測(cè)井曲線。系統(tǒng)采用“最小厚度法”和“圖元組合法”技術(shù)來(lái)解決薄層（緩沖線）處理和巖性符號(hào)的定義。

4.2.2剖面圖的生成

本系統(tǒng)以改進(jìn)的剪紙法（單層平移法）自動(dòng)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(cuò)關(guān)系的斷層組合。通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部定義的3D地質(zhì)模型，能快速實(shí)現(xiàn)剖面圖與平面圖的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。

4.2.3礦井平面圖的生成

本系統(tǒng)通過(guò)組合的方式，以向?qū)揭龑?dǎo)用戶繪制圖框、鉆孔標(biāo)志、煤層小柱狀、各類等值線、儲(chǔ)量計(jì)算塊段、各類邊界曲線和采掘工程等內(nèi)容。系統(tǒng)能通過(guò)構(gòu)造限制Delaunay三角形[2]方式實(shí)現(xiàn)等高本論文由無(wú)憂論文網(wǎng)

線跨斷層處理技術(shù)。

4.2.4添加開(kāi)采信息

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

4.2.5跨斷層任意切分剖面

通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部定義的多層地質(zhì)體3D模型，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，自動(dòng)識(shí)別煤層、斷層、巷道等信息，從而有機(jī)地構(gòu)造任意方向的地質(zhì)剖面信息。

4.3基礎(chǔ)圖件上地測(cè)信息的統(tǒng)計(jì)與查詢

用戶可以用交互方式在基礎(chǔ)圖上圈定封閉區(qū)域，通過(guò)系統(tǒng)定義的面向?qū)ο蟮膱D形數(shù)據(jù)庫(kù)屬性指針，完成對(duì)該范圍內(nèi)的煤層厚度、導(dǎo)線點(diǎn)、斷層、地層傾角、工作面布置方式、采掘工藝等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與查詢。

4.4分析預(yù)測(cè)輔助決策

通過(guò)系統(tǒng)構(gòu)建的全要素多層地質(zhì)體模型，實(shí)現(xiàn)空間任意點(diǎn)處煤層底板標(biāo)高、煤層厚度、煤層傾角等參數(shù)的分析與預(yù)測(cè)。

5.3D可視化模塊

該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)多層地質(zhì)體構(gòu)造三角化曲面，采用OpenGL處理函數(shù)接口[3]，可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)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(chǔ)。該系統(tǒng)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(nèi)蒙古的大雁、伊敏，陜北的大柳塔，山西的大同等十幾個(gè)礦務(wù)局和煤礦的地測(cè)部門(mén)推廣使用，已逐步成為煤礦數(shù)字化的基礎(chǔ)平臺(tái)。