基于GIS 的采掘接續(xù)編排預(yù)警系統(tǒng)

遲寶鎖，王 強(qiáng)，高 彬

（1.陜西陜煤陜北礦業(yè)有限公司，陜西 榆林719000；2.北京龍軟科技股份有限公司，北京100190）

采掘關(guān)系是煤礦開采工作中最重要的工作之一。長期以來，我國礦山采掘計(jì)劃一直采用人工方法進(jìn)行編制，編制過程較為繁瑣。煤礦采掘接續(xù)計(jì)劃要在大量基礎(chǔ)地質(zhì)資料分析的基礎(chǔ)上，手工制作各種計(jì)劃報(bào)表及接續(xù)圖。接續(xù)計(jì)劃一旦修改調(diào)整，技術(shù)人員將不斷調(diào)整報(bào)告、接續(xù)圖和接續(xù)報(bào)表。此外，一旦編制完成后，缺少信息化手段動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度，更無法實(shí)現(xiàn)接續(xù)緊張[1]的預(yù)警提醒。一旦煤礦采掘接續(xù)緊張，容易引發(fā)煤礦重特大事故風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何借助計(jì)算機(jī)的高度處理能力，提高采掘接續(xù)計(jì)劃編制的科學(xué)性、全面性和自動(dòng)化水平已成為一個(gè)急需解決的問題。

在接續(xù)圖形繪制方面，有些研究者提出了基于GIS、WebGIS、3DCAD 等技術(shù)的采掘接續(xù)圖形自動(dòng)化繪制[2-7]；在采掘接續(xù)計(jì)劃自動(dòng)化編制方面，有通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等，提出開展智能化采掘計(jì)劃編制[8-11]等?？偟膩碚f，國內(nèi)各地煤礦地質(zhì)情況復(fù)雜，各地關(guān)于采掘編制的要求不一，采掘接續(xù)的自動(dòng)化、智能化編制還尚未突破，現(xiàn)有的采掘接續(xù)編排系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，適應(yīng)性不強(qiáng)，很難在煤礦實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮作用。

針對(duì)這種情況，以GIS 理論為基礎(chǔ)，將接續(xù)計(jì)劃報(bào)表、接續(xù)圖形、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等采掘接續(xù)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫方式統(tǒng)一管理，建立基于GIS 的圖庫一體化采掘接續(xù)計(jì)劃編制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采掘接續(xù)圖和報(bào)表自動(dòng)生成。在接續(xù)計(jì)劃編制完成后，再結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)度，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)任務(wù)的緊張情況，實(shí)現(xiàn)采掘計(jì)劃預(yù)警提醒功能。提前預(yù)測(cè)接替緊張或正常狀況，將煤礦被動(dòng)的調(diào)整生產(chǎn)，變?yōu)橹鲃?dòng)的生產(chǎn)管理。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計(jì)了一套采掘接續(xù)編排預(yù)警系統(tǒng)，采用Longruan GIS 實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井采掘計(jì)劃的接續(xù)圖和接續(xù)計(jì)劃報(bào)表進(jìn)行管理，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)任務(wù)緊張情況。Longruan GIS 采用COM 組件提供服務(wù)，底層以空間數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)來源，外部通過參數(shù)化輸入界面與用戶交互，通過核心業(yè)務(wù)模型處理，調(diào)用基礎(chǔ)平臺(tái)的制圖及分析模塊。利用GIS 技術(shù)，在圖形間建立接續(xù)圖各圖元之間相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)由表到圖的自動(dòng)生成，可滿足后期對(duì)接續(xù)圖和表修改需求。

采掘接續(xù)預(yù)警功能提醒，是在完成圖表的編制后，通過遠(yuǎn)程Longruan“一張圖”管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接續(xù)計(jì)劃編制完成后，將接續(xù)計(jì)劃上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，為用戶瀏覽、查詢接續(xù)計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫的調(diào)度日?qǐng)?bào)及施工隊(duì)組推進(jìn)度，推算在采面的銜接面的出面時(shí)間，從而給出在采面的銜接面是否緊張的預(yù)警提醒。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖Fig.1 Overall system diagram

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 采掘接續(xù)圖表一體化數(shù)據(jù)庫

采掘接續(xù)編排主要是在GIS 空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)圖表數(shù)據(jù)。LongruanGIS 提供了支持SQLServer、Oracle、MySQL 等多個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)引擎。因此，采掘接續(xù)所涉及到的圖形、報(bào)表、數(shù)據(jù)等都可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的存儲(chǔ)。

1）一體化存儲(chǔ)思路。根據(jù)采掘接續(xù)工程的特點(diǎn)，將采掘工程平面圖中的數(shù)據(jù)信息分為2 類：圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)是指采掘工程首尾點(diǎn)及分支點(diǎn)的坐標(biāo)、空間幾何尺寸等；屬性數(shù)據(jù)指與接續(xù)計(jì)劃相關(guān)聯(lián)的工作面名稱、密度、采高等數(shù)據(jù)。采煤工作面和巷道工程所在位置，需用戶在采掘工程平面地圖上進(jìn)行繪制。以采煤工作面為例，首先在采掘工程平面圖上繪制多個(gè)多邊形工作面，繪制完成的多邊形工作面是以圖元形式保存在文件中。當(dāng)用戶選中需要開采的多邊形工作面時(shí)，系統(tǒng)彈出交互對(duì)話框，提示用戶輸人該多邊形工作面的相關(guān)非幾何屬性，包括工作面名稱、密度、采高等信息，最后將相關(guān)信息以圖素屬性的形式存放在該多邊性中。當(dāng)需要訪問這些屬性時(shí)，只需找到該工作面唯一標(biāo)識(shí)符GUID，便可取出相應(yīng)的字段屬性。在圖形的幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)后，通過圖形數(shù)據(jù)的GUID字段實(shí)現(xiàn)和采煤接續(xù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，從而形成采掘接續(xù)計(jì)劃圖和表的映射，其具體存儲(chǔ)關(guān)系一體化存儲(chǔ)關(guān)系圖如圖2。

圖2 一體化存儲(chǔ)關(guān)系圖Fig.2 Integrated storage relationship diagram

2）一體化存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)。將采掘接續(xù)工程的眾多屬性信息以GIS 數(shù)據(jù)庫方式進(jìn)行統(tǒng)一管理，使復(fù)雜因素定量化、數(shù)字化和可視化，幾何信息和非幾何信息有機(jī)的構(gòu)成統(tǒng)一整體，避免了傳統(tǒng)采掘計(jì)劃軟件需要存儲(chǔ)有關(guān)礦山模型、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的麻煩，達(dá)到只需1 個(gè)采掘接續(xù)工程文件就可完成接續(xù)圖和工程量報(bào)表自動(dòng)生成，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來了極大的方便。

1.2.2 預(yù)警提醒

煤礦生產(chǎn)計(jì)劃是一個(gè)長期的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)，傳統(tǒng)方式編制的計(jì)劃一般都為靜態(tài)計(jì)劃，無法動(dòng)態(tài)執(zhí)行跟蹤。為了達(dá)到預(yù)警提醒，系統(tǒng)讀取煤礦調(diào)度日?qǐng)?bào)，獲取當(dāng)前工作面實(shí)時(shí)進(jìn)度，并從已編排的計(jì)劃中獲取當(dāng)前采面的銜接面。在獲取到在采面的銜接面后，比對(duì)此銜接面關(guān)聯(lián)的回采巷的掘完時(shí)間，進(jìn)而得到這些關(guān)聯(lián)巷道的最晚掘出完工時(shí)間，再考慮銜接面的設(shè)備安裝時(shí)間，計(jì)算出銜接面的出面時(shí)間。最后，根據(jù)目前在采工作面的采煤日推進(jìn)度，推算在采工作面的結(jié)束時(shí)間，與銜接工作面的出面時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，預(yù)警提醒所有銜接緊張的回采工作面，預(yù)警提醒具體關(guān)系如圖3。

圖3 預(yù)警提醒關(guān)系圖Fig.3 Early warning reminder relationship diagram

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

采掘銜接編排預(yù)警系統(tǒng)以Longruan GIS 3.2 平臺(tái)為基礎(chǔ)，隨時(shí)修改實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，同步更新接續(xù)圖形。與此同時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃設(shè)計(jì)、執(zhí)行過程中，對(duì)工程進(jìn)度松緊狀況進(jìn)行預(yù)警，技術(shù)人員利用動(dòng)態(tài)的采掘工程圖指導(dǎo)生產(chǎn)的實(shí)際問題，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、采掘接續(xù)計(jì)劃編制圖形和報(bào)表以及預(yù)警提醒的結(jié)合。

1）采掘接續(xù)計(jì)劃編制。接續(xù)編制系統(tǒng)將含有圖形和屬性的采掘工程接續(xù)數(shù)據(jù)從GIS 數(shù)據(jù)庫中取出，并輔以提前配置好的顏色、隊(duì)組名稱等關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來編制采掘接續(xù)計(jì)劃。在采掘計(jì)劃編制過程中，實(shí)現(xiàn)工期自動(dòng)計(jì)算、相同班組時(shí)間自動(dòng)銜接等，達(dá)到計(jì)劃編制無算化、數(shù)據(jù)調(diào)整一鍵化、任務(wù)調(diào)整一手化，方便用戶操作編排，提高工作效率。

2）自動(dòng)生成接續(xù)圖。當(dāng)采掘接續(xù)計(jì)劃編制完成后，系統(tǒng)提供將接續(xù)計(jì)劃任務(wù)繪制在龍軟圖形中的接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃一旦編排完成，接續(xù)圖形自動(dòng)在龍軟中生成，方便實(shí)用，大大減輕了工程人員的工作量。

3）自動(dòng)生成接續(xù)表和單產(chǎn)單進(jìn)表。當(dāng)采掘接續(xù)計(jì)劃編制完成后，自動(dòng)生成工程明細(xì)表。與傳統(tǒng)的手動(dòng)計(jì)劃任務(wù)的調(diào)整所帶來的工程量變化和工程明細(xì)的重復(fù)計(jì)算相比，提高了工作效率。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)單進(jìn)高效統(tǒng)計(jì)報(bào)表的自動(dòng)生成，達(dá)到每年、每月的工程統(tǒng)計(jì)的快速查詢、統(tǒng)計(jì)和輸出。

4）預(yù)警提醒。將生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃的編制由靜態(tài)編制發(fā)展到動(dòng)態(tài)跟蹤預(yù)警。根據(jù)已編制完成的接續(xù)計(jì)劃，得到在采面的銜接面，再獲取銜接面的所有關(guān)聯(lián)巷道，依據(jù)這些關(guān)聯(lián)巷道的目前掘進(jìn)進(jìn)度，推斷出該銜接面的最晚掘出時(shí)間，再考慮銜接面的設(shè)備安裝時(shí)間，計(jì)算出該銜接面的出面時(shí)間。將銜接面出面時(shí)間與在采面預(yù)計(jì)采完時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警提醒所有在采面的銜接面緊張狀況。

3 結(jié) 語

基于GIS 的采掘接續(xù)編制及預(yù)警提醒系統(tǒng)，利用GIS，設(shè)計(jì)開發(fā)一套圖表一體化的采掘編制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃編制完成后，接續(xù)計(jì)劃圖和接續(xù)報(bào)表自動(dòng)繪制和生成。還可以根據(jù)煤礦生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)度，再與編制完成的銜接計(jì)劃進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃設(shè)計(jì)、執(zhí)行過程中，對(duì)工程進(jìn)度松緊狀況進(jìn)行預(yù)警，智能規(guī)劃工程任務(wù)及時(shí)空檢測(cè)功能。與傳統(tǒng)的CAD 和Excel 報(bào)表相比，實(shí)現(xiàn)了圖形報(bào)表的統(tǒng)一錄入、編輯和輸出，為采掘接續(xù)編制提供了智能化輔助工具。