網(wǎng)絡(luò)地測防治水管理信息系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

王素娜

(河南能源義煤公司，河南 義馬 472300)

0 引言

近幾年煤炭企業(yè)信息化建設(shè)不斷深入，企業(yè)信息化不僅有效降低煤炭企業(yè)的運營成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理水平和決策能力，而且能推進企業(yè)改進業(yè)務(wù)流程，促進企業(yè)的管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新。而煤礦企業(yè)信息化的重中之重是安全生產(chǎn)的信息化，地測信息化則又是安全生產(chǎn)信息化的基礎(chǔ)。

義煤公司各礦井隨著開采深度的不斷加深，地質(zhì)及水文地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。在巷道采掘過程中，必須加強對含水層、老空積水區(qū)、封閉不良鉆孔、排水不良鉆孔、構(gòu)造等地質(zhì)條件進行預(yù)測預(yù)報，為安全生產(chǎn)提供保障。為此，要進一步加強義煤公司所屬礦井地測信息化、規(guī)范化與標準化管理，探索一條實現(xiàn)地測防治水信息化管理的新途徑。河南能源化工集團義煤公司在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，決定研發(fā)一套網(wǎng)絡(luò)地測信息管理系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡(luò)地測防治水管理信息系統(tǒng)的建立，不僅實現(xiàn)了礦井地測防治水資料的數(shù)據(jù)庫管理，地測圖件的自動生成和及時更新，還實現(xiàn)了礦井與公司之間地測防治水資料信息集成共享、地測系統(tǒng)協(xié)同辦公自動化，使管理部門及時獲得礦井地測防治水信息，更有效地進行監(jiān)管和指導安全生產(chǎn)工作，從而降低了管理成本，提高了管理效益和決策水平，促進義煤公司和各礦井地測工作的自動化、規(guī)范化、標準化。

1 系統(tǒng)建設(shè)框架

1.1 技術(shù)實施架構(gòu)

在遵循煤礦地質(zhì)、測量、水文、儲量等專業(yè)，計算機技術(shù)和信息技術(shù)有關(guān)的各種技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，收集相關(guān)資料，深入了解水害防治工作模式、監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)與其他部門的關(guān)系，進行詳細的需求分析和總體設(shè)計[1]。根據(jù)系統(tǒng)詳細設(shè)計編碼并調(diào)試所有的功能模塊，并利用實際資料檢驗程序的正確性與容錯性。針對圖形數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫、水害防治與預(yù)警的實際情況以及彼此的相互關(guān)系，提出專業(yè)數(shù)據(jù)模型與水害防治預(yù)警模型。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)路線包括：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理設(shè)計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與維護等階段[2]，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)地測管理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)研發(fā)平臺-Longruan GIS

Longruan GIS是一套針對煤礦地測、生產(chǎn)、安全等工作開發(fā)的專業(yè)地理信息系統(tǒng)，采用多層次的Client/Server、B/S結(jié)構(gòu)，在面向?qū)ο笏枷胫笇略O(shè)計與實現(xiàn)；其前端開發(fā)工具為VC，后端數(shù)據(jù)庫管理工具為SQL Server或Oracle，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了通用的接口，具有異構(gòu)多源數(shù)據(jù)訪問的能力[3-4]。義煤公司礦級地測空間信息系統(tǒng)在此平臺上，建立適合本公司的地測系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)及水文地質(zhì)自動化制圖和編輯功能。

1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)地測防治水信息系統(tǒng)是為實現(xiàn)建立在先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GIS技術(shù)、礦山測量、礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)管理技術(shù)基礎(chǔ)上的水文數(shù)據(jù)庫及地測升級系統(tǒng)，構(gòu)建煤礦分布式多源異構(gòu)信息共享協(xié)作平臺[5]。系統(tǒng)建成后是一個典型的多部門、多專業(yè)、多層次動態(tài)管理的信息共享與遠程決策平臺，基于統(tǒng)一平臺進而實現(xiàn)多專業(yè)的信息共享、綜合分析應(yīng)用以及遠程決策服務(wù)[6]。

系統(tǒng)建立完善的專項審批流程，對各類圖件和文檔建立完善嚴格的逐級審批流程，并將審批通過的相關(guān)技術(shù)文檔按類別歸檔管理。系統(tǒng)主要包括圖文管理子系統(tǒng)、水文監(jiān)測子系統(tǒng)、預(yù)警評價子系統(tǒng)和三維可視化子系統(tǒng)[7]。其中圖文管理子系統(tǒng)又包括圖件管理模塊、文檔管理模塊、臺賬管理和資源儲量4大模塊，對圖文資料的上傳管理則主要通過辦公管理模塊來進行控制。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2 系統(tǒng)在義煤公司的應(yīng)用

管理系統(tǒng)操作簡便實用，只需要啟動IE瀏覽器，在地址欄中輸入地址后即可進入主界面，如圖3所示。系統(tǒng)采用用戶名+密碼登錄方式，一方面可以增強企業(yè)內(nèi)部的保密性，增強網(wǎng)絡(luò)的安全性，另一方面也可以減少網(wǎng)絡(luò)間的流量。對于客戶端的用戶名和密碼將由網(wǎng)絡(luò)管理員授權(quán)。

2.1 辦公管理子系統(tǒng)

圖文管理系統(tǒng)中的辦公管理是基于煤礦各種公文流程的文件流轉(zhuǎn)和審批，用它來完成事務(wù)的流程設(shè)計、發(fā)起、處理和管理，并記錄事務(wù)的發(fā)展過程和結(jié)果，主要分為圖文流程與公文流轉(zhuǎn)。

2.2 圖件管理子系統(tǒng)

圖件管理模塊包括地質(zhì)、測量、儲量、水文、基本礦圖及沉陷治理等相關(guān)圖件[8]，如圖4所示。義煤公司所屬礦井圖件通過流程上報后歸檔。公司領(lǐng)導與專業(yè)技術(shù)人員可通過此管理模塊進行圖件和文檔的瀏覽、上傳、下載、刪除、條件檢索，瀏覽痕跡查詢等功能操作。同時亦可以鏈接到地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)或測量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)對相應(yīng)圖元屬性數(shù)據(jù)進行在線查詢[9]。

圖3 系統(tǒng)登錄界面

2.3 文檔管理子系統(tǒng)

文檔管理模塊包括地質(zhì)、測量、水文及沉陷治理等相關(guān)文檔的管理，如水情水害分析、探放水設(shè)計、防治水計劃等，其中每個類別又按各專業(yè)標準化要求細分。義煤公司所屬礦井圖件通過流程上報后歸檔。公司領(lǐng)導與專業(yè)技術(shù)人員通過此管理模塊進行文檔的檢索、上傳、下載、刪除、查詢?yōu)g覽記錄等操作。

2.4 臺賬管理子系統(tǒng)

通過此子系統(tǒng)實現(xiàn)義煤公司各礦井防治水基礎(chǔ)資料遠程瀏覽查詢，主要包括礦井涌水量觀測成果臺賬、氣象資料臺賬、地表水文觀測成果臺賬、鉆孔水位及井泉動態(tài)觀測成果臺賬、抽(放)水試驗成果臺賬、礦井突水點臺賬、礦區(qū)地質(zhì)鉆孔綜合成果臺賬、井下水文地質(zhì)鉆孔成果臺賬、水質(zhì)分析成果臺賬、水源水質(zhì)受污染觀測資料臺賬、水源井(孔)資料臺賬、封孔不良鉆孔資料臺賬、井田周邊煤礦及采空區(qū)相關(guān)資料臺賬、水閘門(墻)觀測資料臺賬等。

2.5 水文監(jiān)測子系統(tǒng)

通過系統(tǒng)對礦井水文監(jiān)測數(shù)據(jù)進行聯(lián)網(wǎng)，將水文觀測孔或傳感器的水壓、流量、水溫等重要參數(shù)進行實時監(jiān)控，并利用WebGIS技術(shù)在水文監(jiān)測圖形上進行自動定位和實時顯示?？蓪崿F(xiàn)超限自動報警和語音播報功能，并可利用監(jiān)測數(shù)據(jù)生成水文報表，繪制水文歷史數(shù)據(jù)曲線、柱狀圖。管理技術(shù)人員可以在線瀏覽各礦井水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，使得更好地指導礦井安全生產(chǎn)[10]。

2.6 預(yù)警評價子系統(tǒng)

通過對相關(guān)技術(shù)的比較與分析，結(jié)合義煤公司各礦的實際情況，水害預(yù)報預(yù)警遠程管理系統(tǒng)采用以地測預(yù)警基礎(chǔ)平臺為基礎(chǔ)，以ActiveX控件和ASP.NET頁面為展現(xiàn)平臺的解決方案[11]。

危險源評價指標體系庫：此模塊可以對危險源評價指標體系進行管理，包括新增、刪除、查詢、復(fù)制功能。“新增”內(nèi)容包括：危險源名稱、報警級別和報警范圍。指標體系庫存入數(shù)據(jù)庫中，此模塊為預(yù)警圖形提供臨界值參考，如圖5所示。

圖5 危險源評價指標體系庫

圖形評價預(yù)警：根據(jù)涌水水源和掘進及回采條件的不同，圖形預(yù)警評價模塊可分為頂板圖形預(yù)警評價、掘進面底板圖形預(yù)警評價、回采面底板圖形預(yù)警評價、老空及其他水害圖形預(yù)警評價，相應(yīng)的各目錄下分別上傳和展示頂板隔水層厚度等值線圖、底板隔水層厚度等值線圖、底板突水系數(shù)等值線圖和帶有已知危險區(qū)的采掘工程面圖。其他涌水水源的圖形預(yù)警，在采掘圖上設(shè)置危險區(qū)域，根據(jù)其評價指標對工作地點和危險區(qū)域的距離進行預(yù)警評價。打開預(yù)警圖形，顯示內(nèi)容包括：危險源周圍巷道預(yù)警，與巷道的空間關(guān)系預(yù)警，水害危險源超前預(yù)警等。采用ActiveX控件技術(shù)，將危險源預(yù)警信息在網(wǎng)絡(luò)平臺上進行展示[12]。

突水預(yù)警：對于頂板和底板突水預(yù)警，系統(tǒng)通過專業(yè)理論知識評價分析確定危險區(qū)域，基于WebGIS技術(shù)，在圖形上動態(tài)展示并對評價確定的危險區(qū)域進行距離預(yù)警評判。以頂板水害為例，繪制并上傳頂板隔水層厚度等值線圖，根據(jù)上三帶理論計算頂板導水裂隙帶高度即臨界隔水層厚度，以此值為標準，在圖形上動態(tài)劃分出危險和安全區(qū)域，并按超前預(yù)警的指標對工作地點和此危險區(qū)域的距離進行評價預(yù)警，如圖6所示。

圖6 頂板圖形預(yù)警評價(等值線動態(tài)預(yù)警)

2.7 資源儲量子系統(tǒng)

為加強義煤公司所屬各礦井資源儲量動態(tài)管理，研究開發(fā)了儲量管理子系統(tǒng)，主要包括：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)檢查、報表輸出等功能。儲量管理編制報表主要有工作面采出量、損失量月報表、生產(chǎn)礦井儲量損失量表、生產(chǎn)礦井儲量動態(tài)表、生產(chǎn)礦井(保有)儲量匯總表等，如圖7為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理及報表顯示頁面。通過儲量子系統(tǒng)各礦井將各類報表按照時間節(jié)點編制完成保存至儲量系統(tǒng)中，公司技術(shù)人員登錄網(wǎng)絡(luò)管理平臺后可隨時瀏覽下載各礦填報的儲量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全公司的儲量管理的信息化。

2.8 評分子系統(tǒng)

通過評分系統(tǒng)在任何地點都可以通過web瀏覽器對本礦以及其他礦的數(shù)據(jù)進行直觀的查看，方便了公司對各礦進行評分排名，調(diào)動各礦上報資料，錄入數(shù)據(jù)的積極性。同時，對義煤公司下屬16個礦的圖件上報、文檔上報、危險源圖形上報、臺賬錄入、儲量錄入的狀況有較全面的了解。對于統(tǒng)計各礦上傳資料、錄入數(shù)據(jù)的數(shù)量，以及16個礦的考核評比具有十分重要的意義，如圖8所示。

圖8 評分子系統(tǒng)

2.9 三維可視化系統(tǒng)

三維可視化(三維仿真)具有直觀、空間位置關(guān)系清楚、信息量大的特點，加上信息查詢功能可以對礦井的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過程、設(shè)備分布、設(shè)備狀態(tài)以及地表工業(yè)廣場等狀況有較全面的了解[13-14]。三維展示是通過網(wǎng)絡(luò)三維控件將整合之后的三維虛擬數(shù)字礦山場景發(fā)布到局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上，使技術(shù)管理人員在任何地方都可以實現(xiàn)輕松快捷的三維交互式體驗，以場景的獨特視角展現(xiàn)地貌特征、地層、井下場景的關(guān)系等，更好地掌握井下開拓布置的空間信息定位[15-16]，如圖9所示。

圖9 三維展示

3 效益分析

網(wǎng)絡(luò)地測防治水信息系統(tǒng)的成功開發(fā)與應(yīng)用為礦井地質(zhì)、測量、水文與儲量的完全信息化管理奠定了堅實的基礎(chǔ)；實現(xiàn)了專業(yè)圖形的快速自動化生成、專業(yè)報表的自動統(tǒng)計以及圖、文、表到公司的遠程報送，自動化與數(shù)據(jù)共享，極大地提高了礦井單位地測防治水信息管理的工作效率，地測部門人員提高工效在10倍以上，尤其水害預(yù)警子系統(tǒng)功能模塊中的水文監(jiān)測實時數(shù)據(jù)與危險源預(yù)警能夠指導安全生產(chǎn)，輔助決策層采取措施進行決策，有效減小水害事故的發(fā)生率，由此避免的損失和產(chǎn)生的經(jīng)濟效益不可估量。同時，繪圖速度、精度以及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量有了大幅度提高，繪圖人員大大減少，預(yù)計每年公司可節(jié)約上百萬元，經(jīng)濟效益非?？捎^。

與此同時，該系統(tǒng)基于WebGIS結(jié)合煤礦實際自主開發(fā)，專業(yè)性強，軟件操作簡便使用；系統(tǒng)面向義煤公司所屬礦井地測信息遠程聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，公司領(lǐng)導、專業(yè)技術(shù)人員等可通過網(wǎng)絡(luò)信息管理平臺可以隨時瀏覽、審查圖紙、報表，指導礦井安全生產(chǎn)，做到礦井和義煤公司資源共享，實現(xiàn)了地測防治水信息系統(tǒng)的動態(tài)管理與規(guī)范化管理；進一步提高了領(lǐng)導管理決策的準確性、可靠性，實現(xiàn)了礦井的水害監(jiān)測預(yù)報，真正確保煤礦安全生產(chǎn)，間接促進了社會和諧進步與穩(wěn)定發(fā)展，產(chǎn)生了良好的社會效益。

4 結(jié)論

(1)基于WebGIS，實現(xiàn)了對地質(zhì)、測量、水文、儲量圖紙、數(shù)據(jù)與文檔的一體化管理，即集中存儲、統(tǒng)一管理、快速查詢，改變傳統(tǒng)的紙質(zhì)管理模式。

(2)基于地測空間管理信息系統(tǒng)完成了地測圖形庫與地測數(shù)據(jù)庫的建立，輸入了現(xiàn)有地層數(shù)據(jù)、煤層綜合成果數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了礦井管理層、礦井生產(chǎn)技術(shù)層隨時隨地可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)了解、查詢、分析相關(guān)礦井的地測動態(tài)信息，實現(xiàn)了煤礦地測管理的網(wǎng)上辦公，為礦井的安全生產(chǎn)提供現(xiàn)代化的管理手段。

(3)通過建立的評分系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動對各礦井資料上傳與及時更新的督查。

(4)實現(xiàn)了義煤公司對下屬礦井圖件上報、文檔上報、危險源圖形上報、臺賬錄入、儲量錄入的狀況的全面了解，實現(xiàn)質(zhì)量標準化無紙化網(wǎng)絡(luò)辦公。