大同煤礦基于GIS生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)研究與示范

徐曉宏，力宏才

（大同煤礦集團(tuán)總調(diào)度室 ，山西 大同 037003）

0 引 言

煤礦管理是一個(gè)綜合專業(yè)系統(tǒng)工程，而煤礦指揮中心是調(diào)度系統(tǒng)的核心。如何將各個(gè)專業(yè)高度集成調(diào)度數(shù)字化管理平臺(tái)，是許多科研機(jī)構(gòu)及煤礦科技管理工作者的研究方向[1]。目前煤炭行業(yè)中數(shù)字礦山仍在處于標(biāo)準(zhǔn)不明確，技術(shù)水平低的格局，而礦山投資大、體量大，要想形成先進(jìn)的數(shù)字化礦山示范區(qū)必須由國(guó)有煤炭企業(yè)作為先鋒探索該領(lǐng)域。近年來(lái)，大同煤礦集團(tuán)積極響應(yīng)國(guó)家實(shí)現(xiàn)煤礦“四化”（機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化）以及智慧礦山[2]、安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，大力推動(dòng)煤礦信息化，利用空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、GIS等技術(shù)建立了“大同煤礦集團(tuán)基于GIS綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)”?；贕IS生產(chǎn)管理系統(tǒng)以“采、掘、機(jī)、運(yùn)、通”各個(gè)專業(yè)礦圖為基點(diǎn)有效將“水、火、瓦斯、頂板”數(shù)據(jù)處理[3]，筆者旨在展示此系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代化集團(tuán)公司類礦山管理的重要意義。

1 國(guó)內(nèi)多數(shù)煤礦企業(yè)圖紙管理現(xiàn)狀分析

1）礦用圖包含采掘類、機(jī)電類、通風(fēng)類、安全類、地測(cè)及防治水類、主運(yùn)輸系統(tǒng)類、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)圖類等多類達(dá)50張以上的圖紙，個(gè)別礦井甚至須頻繁更新井上下對(duì)照?qǐng)D、絞車運(yùn)輸圖等，傳統(tǒng)的部門(mén)管理以及文件存儲(chǔ)方式，易造成各業(yè)務(wù)部門(mén)間的管理困難，進(jìn)而導(dǎo)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(tái)的不同，不僅數(shù)據(jù)交流困難，而且很多系統(tǒng)存在重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象，數(shù)據(jù)安全性也無(wú)法保證。此外，由于AutuCAD平臺(tái)缺乏空間對(duì)象空間關(guān)系的表達(dá)，所以，不能很好處理煤礦各類空間數(shù)據(jù)。

2 大同煤礦集團(tuán)“一張圖”管理思路

同煤集團(tuán)是一個(gè)地跨北從大同南至忻州，橫跨39個(gè)縣、區(qū)，擁有煤田面積6157平方公里的煤炭集團(tuán)公司，管理難度極大。建設(shè)同煤集團(tuán)基于“一張圖”綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)要以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，結(jié)合實(shí)際，以解決安全生產(chǎn)管理的瓶頸問(wèn)題為切入點(diǎn)，不追求華而不實(shí)。該系統(tǒng)首先在地測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)礦圖的集中存儲(chǔ)、協(xié)同制作，并利用基于GIS的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)礦圖、地形地貌等地理數(shù)據(jù)的綜合集成與展示，為解決相鄰井田開(kāi)采影響及上下層采動(dòng)影響提供直觀、詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

其次，在已形成的數(shù)字礦圖基礎(chǔ)上，整合生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急物資、井下安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、井下人員定位數(shù)據(jù)、重要工作地點(diǎn)視頻，構(gòu)建一體化的安全生產(chǎn)綜合監(jiān)管平臺(tái)，達(dá)到“以圖管礦、以圖管量、以圖救災(zāi)”的目的。

1）關(guān)鍵技術(shù)研究：主要包括同煤集團(tuán)基于GIS“一張圖”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模型、信息共享的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型、面向多部門(mén)協(xié)作與信息共享的調(diào)度管理模型、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合數(shù)據(jù)集成模型、一張圖空間數(shù)據(jù)的決策分析研究等。

2）系統(tǒng)軟件研制開(kāi)發(fā)與集成：煤礦安全生產(chǎn)“一張圖”平臺(tái)、基于GIS的大型設(shè)備管理系統(tǒng)、基于GIS的應(yīng)急物資管理、基于GIS的綜合管理門(mén)戶開(kāi)發(fā)以及系統(tǒng)配套的硬件環(huán)境搭建[5]。

3）基于GIS的在線監(jiān)測(cè)集成與應(yīng)用：包括安全監(jiān)測(cè)、人員定位管理、工業(yè)視頻等在線監(jiān)測(cè)集成與綜合展示。

3 大同煤礦集團(tuán)基于GIS生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)示范工程

3.1 生產(chǎn)及各類圖紙管理系統(tǒng)

基于大同煤礦集團(tuán)現(xiàn)有地測(cè)成果資料，通過(guò)地測(cè)數(shù)據(jù)共享建立統(tǒng)一礦圖管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和一體化數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)現(xiàn)對(duì)各礦采掘平面圖等主要礦圖的充分共享和統(tǒng)一管理，并在GIS“一張圖”上實(shí)現(xiàn)采掘現(xiàn)狀的在線更新。

1）通過(guò)素質(zhì)遙感影像、數(shù)字高程模型、以及Google地球等數(shù)據(jù)將礦區(qū)地形地貌分布圖、道路、建筑詳細(xì)的分析描述礦區(qū)地表地理環(huán)境。實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)、測(cè)量、通風(fēng)、生產(chǎn)、機(jī)電的圖形專業(yè)資料的科學(xué)集成與充分共享，支持與現(xiàn)有LongruanGIS3.0、AutoCAD（DWG/DXF）、ArcGIS（SHP、Geodatabase）、MapGIS（中間文件）等格式的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)各類專業(yè)圖形統(tǒng)一入庫(kù)、分層管理、坐標(biāo)系一致性轉(zhuǎn)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(guān)系，并通過(guò)輸入功能查看空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的任一圖紙以及數(shù)據(jù)庫(kù)中的生產(chǎn)銜接狀況。

圖1 綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)界面

2）通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎SDE，建立以包括煤礦主體業(yè)務(wù)科室如通風(fēng)、地測(cè)等一體化數(shù)據(jù)庫(kù)為核心。通過(guò)點(diǎn)選式和輸入式的操作實(shí)現(xiàn)各類圖紙的協(xié)同編輯、資源共享，最終形成有序統(tǒng)一的信息化平臺(tái)。

3）基于強(qiáng)大的服務(wù)GIS后臺(tái)支撐，開(kāi)發(fā)基于Web應(yīng)用的圖形網(wǎng)絡(luò)瀏覽、查詢。建設(shè)共享協(xié)作平臺(tái)，達(dá)到“規(guī)范管理，責(zé)任到人，足不出戶，統(tǒng)攬全局”。利用專業(yè)的軟件系統(tǒng)提高專業(yè)技術(shù)資料（專業(yè)圖紙繪制、計(jì)算、數(shù)據(jù)）管理的效率和效果，保障專業(yè)技術(shù)資料的精確性、及時(shí)性。

3.2 應(yīng)急救援系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)基于“一張圖”的煤礦應(yīng)急管理、安全監(jiān)測(cè)、人員定位、工業(yè)視頻在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和展示如圖2，在地圖上展示二級(jí)公司、三級(jí)單位應(yīng)急物資信息[6]。

圖2 應(yīng)急救援系統(tǒng)界面

1）應(yīng)急物資信息及救護(hù)隊(duì)裝備顯示。主要可以展示應(yīng)急救援隊(duì)伍、應(yīng)急機(jī)構(gòu)、應(yīng)急救援裝備物資、礦山救護(hù)專家?guī)斓刃畔?，具有有添加、刪除、修改、高級(jí)檢索和導(dǎo)出功能，并且可以按照事故類型和名字來(lái)檢索專家信息。同時(shí)對(duì)于亟需的重要裝備和救援物資通過(guò)界面化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)重要信息在系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)更新顯示，解決應(yīng)急救援時(shí)系統(tǒng)內(nèi)重要信息時(shí)效性的問(wèn)題。

2）應(yīng)急通訊與人員指揮。通過(guò)導(dǎo)入應(yīng)急電話提供應(yīng)急人員的通訊錄信息管理，而完成事故發(fā)生后的應(yīng)急響應(yīng)及救援結(jié)束后的登記管理。根據(jù)應(yīng)急預(yù)案的響應(yīng)流程，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息、突發(fā)事件、行政事務(wù)等快速分類處置和報(bào)送，提高應(yīng)急響應(yīng)速度，通過(guò)短信、電話、網(wǎng)絡(luò)等通信平臺(tái)輔助動(dòng)態(tài)應(yīng)急救援方案的指揮下達(dá)。

3）基于GIS的災(zāi)害與救援定位。利用已輸入的數(shù)據(jù)庫(kù)信息及GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，通過(guò)標(biāo)定災(zāi)害、事故發(fā)生點(diǎn)，自動(dòng)生成各種救援資源的顯示分布，是對(duì)人員定位、財(cái)產(chǎn)定位、設(shè)備定位及危險(xiǎn)源定位如圖3，從而可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)救援信息的實(shí)時(shí)集中發(fā)布共享。

4）基于GIS的應(yīng)急預(yù)案決策系統(tǒng)。根據(jù)礦山事故發(fā)生位置、屬性以及系統(tǒng)生成的周邊人員、物資信息等救援信息，利用GIS網(wǎng)絡(luò)分析、空間分析等功能，生成綜合預(yù)測(cè)分析結(jié)果,以知識(shí)庫(kù)的形式及時(shí)提供救災(zāi)專家建議與方案等內(nèi)容。并可以及時(shí)將初步方案發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)專家組，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)專家審核修正形成最終可實(shí)施的救援方案，形成有可操作性的應(yīng)急預(yù)案。

圖3 GIS應(yīng)急物資定位三維展示圖

4 結(jié)論與展望

根據(jù)智能煤礦建設(shè)的需求，本文提出了煤礦分布式協(xié)同的生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)管理和建設(shè)思路，對(duì)與該系統(tǒng)技術(shù)體系相關(guān)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、煤礦時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)管理、分布式協(xié)同更新、空間數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討和研究，形成了一整套適合煤礦實(shí)際應(yīng)用的“一張圖”解決方案。實(shí)踐證明，同煤集團(tuán)基于GIS的生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)管理思路和方法可以有效解決煤礦信息化過(guò)程中數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重、信息化基礎(chǔ)不牢、數(shù)據(jù)難集成、智能化分析水平差、應(yīng)用效果不佳等問(wèn)題，對(duì)充分發(fā)揮信息化在煤礦安全生產(chǎn)和管理中的作用，并最終建立智能礦山具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化的軟件系統(tǒng)是今后系統(tǒng)擴(kuò)展的主流方向，行業(yè)的數(shù)字化以及遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)化[7]、可視化具有廣泛的應(yīng)用前景,下一步同煤集團(tuán)將開(kāi)展井下三維建模工程、將可視化、形象化的地質(zhì)模型應(yīng)用到礦山生產(chǎn)的日常管理中。