應(yīng)用GIS的地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

武藝

摘 ?要：傳統(tǒng)的煤礦GIS系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中于地測(cè)管理、礦產(chǎn)資源管理、礦圖管理等，要實(shí)現(xiàn)完全的礦山數(shù)字化方案，提高地測(cè)空間信息的利用率，就必須研發(fā)基于GIS平臺(tái)的專(zhuān)業(yè)圖形繪制管理系統(tǒng)軟件——地質(zhì)測(cè)量管理信息系統(tǒng)，從根本上彌補(bǔ)當(dāng)前礦用圖形繪制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)上的不足，為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。該文詳細(xì)闡述了地質(zhì)測(cè)量管理信息系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)共享，保證同一空間要素在不同圖件中的一致性、完整性，為煤礦測(cè)量生產(chǎn)提供有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：GIS ?地質(zhì) ?測(cè)量 ?信息系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD175 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（c）-0021-03

Design and implementation of geological survey information system based on GIS

WU Yi

（Geological Survey Team of Guizhou Coalfield Geological Bureau， Guiyang， Guizhou Province， 520100 China）

Abstract： The application of traditional coal mine GIS system mainly focuses on geological survey management， mineral resources management， mine map management and so on. In order to realize the complete mine digitization scheme and improve the utilization rate of geological survey spatial information， it is necessary to research and develop based on geological survey management information system， a professional graphic drawing management system software of GIS platform， fundamentally makes up for the deficiencies of current mining graphics drawing system and information management system， and provides technical support for coal mine safety production. This paper describes the overall architecture design and implementation method of geological survey management information system. The practice results show that the system realizes spatial data sharing and ensures the consistency and integrity of the same spatial element in different maps. The system provides strong technical support for coal mine survey production.

Key Words： GIS; Geology; Surveying; Information system

隨著煤炭改革的深化及現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，煤炭管理信息化成為必然趨勢(shì)。一方面，煤炭行業(yè)管理呈現(xiàn)信息形式標(biāo)準(zhǔn)化、信息傳遞規(guī)范化以及信息內(nèi)容系統(tǒng)化、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控自動(dòng)化的趨勢(shì);另一方面，煤礦生產(chǎn)管理中產(chǎn)生許多不同類(lèi)型和格式的數(shù)據(jù)，將這些海量信息集成并挖掘，為煤礦安全生產(chǎn)決策提供空間信息依據(jù)，成為礦山信息數(shù)字化的目標(biāo)之一[1]。礦山信息數(shù)字化的基本技術(shù)手段是應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS），建立煤礦專(zhuān)用的地理信息系統(tǒng)是礦山信息數(shù)字化的基本內(nèi)容[2]。目前，煤礦GIS系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中于地測(cè)管理、安全監(jiān)控、通風(fēng)管理、礦產(chǎn)資源管理、礦圖管理、設(shè)備管理等[3]。要實(shí)現(xiàn)完全的礦山數(shù)字化方案，提高地測(cè)空間信息的利用率，必須研發(fā)基于GIS平臺(tái)的專(zhuān)業(yè)圖形繪制管理系統(tǒng)軟件——地質(zhì)測(cè)量管理信息系統(tǒng)，從根本上彌補(bǔ)當(dāng)前礦用圖形繪制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)上的不足，為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用C#程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，基于.NET Franmework2.0和ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用SQL Server 2017 Express數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的管理與分析。系統(tǒng)總體基于C/S模式設(shè)計(jì)，采用用戶應(yīng)用層、商業(yè)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層3層結(jié)構(gòu)形式，總體架構(gòu)圖如圖1所示。GIS平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析功能較強(qiáng)，但繪圖功能相對(duì)較弱，因此在進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，用戶應(yīng)用層為滿足用戶使用習(xí)慣應(yīng)盡量模仿CAD繪圖軟件。用戶應(yīng)用層主要為用戶提供交互式操作界面，包括引導(dǎo)窗口和主窗口。

2 ?系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

煤礦地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)是采礦生產(chǎn)活動(dòng)的最重要空間數(shù)據(jù)提供者。根據(jù)煤礦生產(chǎn)的實(shí)際需要，煤礦地質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)管理煤礦地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)和相關(guān)圖件，如煤礦地質(zhì)勘查資料、煤礦生產(chǎn)地質(zhì)測(cè)量資料以及工程平面圖等，同時(shí)，可以根據(jù)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)自動(dòng)或手動(dòng)填寫(xiě)和繪制礦圖[4]。因此，煤礦地質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)主要包括5項(xiàng)主要業(yè)務(wù)：井巷工程圖繪制、采掘面測(cè)量收尺、導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)管理與制圖、地質(zhì)數(shù)據(jù)管理以及自動(dòng)測(cè)繪管理、采礦工作面的管理等。

2.1 井巷工程繪制

井巷工程是采礦和挖掘工程計(jì)劃中的一類(lèi)基本要素。繪制井巷工程圖可以充分反映井巷的范圍以及工程空間位置。主要要素包括設(shè)計(jì)巷道、未納入掘進(jìn)面管理的施工巷道及其附屬物（井筒、硐室）、井巷工程注記（包括巷道注記、采煤面注記）。井巷工程圖不僅包括道路和中心線的制圖（井巷和井巷工程附屬物繪制），而且還包括巷道中心線的修改（井巷和井巷工程附屬物修改）。根據(jù)CAD繪圖習(xí)慣，設(shè)計(jì)道路處理和施工道路處理之間沒(méi)有區(qū)別。用戶可以選擇要繪制和修改的道路圖層，并自動(dòng)區(qū)分后處理。

2.2 采掘面測(cè)量收尺

采掘面測(cè)量收尺下的掘進(jìn)面收尺和采煤面收尺是為地質(zhì)測(cè)量部門(mén)按月對(duì)掘進(jìn)面和采煤面收尺提供方便，即將所得的收尺數(shù)據(jù)通過(guò)該系統(tǒng)的采掘面測(cè)量收尺功能錄入到系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)收尺數(shù)據(jù)推進(jìn)采掘工作面，從而對(duì)礦圖進(jìn)行更新。

對(duì)于采煤面收尺，輸入所選采煤面的最新進(jìn)尺數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶輸入的機(jī)風(fēng)巷進(jìn)尺，首先保存采煤面測(cè)量收尺記錄，然后從切割巷開(kāi)始，計(jì)算并生成當(dāng)前開(kāi)采線，更新采空區(qū)和未采區(qū)域圖層。更新相關(guān)聯(lián)的采煤面及采空區(qū)，使圖上回采進(jìn)度與實(shí)際保持一致。

對(duì)于掘進(jìn)面收尺，用戶對(duì)每個(gè)掘進(jìn)面錄入當(dāng)月收尺數(shù)以及每段長(zhǎng)度與坡度，保存測(cè)量收尺信息，計(jì)算該期平面進(jìn)尺數(shù)，然后沿掘進(jìn)面的設(shè)計(jì)巷道方向，延伸掘進(jìn)面對(duì)應(yīng)的施工巷道并保存，使圖上掘進(jìn)進(jìn)度與實(shí)際保持一致。

2.3 導(dǎo)線測(cè)量資料管理與成圖

為保證井巷工程施工質(zhì)量（方向、標(biāo)高、斷面大小等），巷道每掘進(jìn)一段以后，需要使用經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量?jī)x器，對(duì)巷道進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，并及時(shí)整理資料，更新采掘工程平面圖[5]。

2.4 地質(zhì)資料管理與自動(dòng)成圖

地質(zhì)構(gòu)造的觀測(cè)、推斷、解釋是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它直接關(guān)系到煤礦采掘作業(yè)的安危，因此，地質(zhì)測(cè)量管理系統(tǒng)必須將其作為關(guān)鍵資料進(jìn)行管理、成圖。由于地質(zhì)構(gòu)造推斷、解釋非常復(fù)雜，很難將其納入軟件系統(tǒng)處理，因此，地質(zhì)構(gòu)造管理的重點(diǎn)主要放在原始資料管理以及自動(dòng)成圖兩個(gè)方面。

2.5 采掘工作面管理

采掘工作面管理包括掘進(jìn)工作面管理和采煤工作面管理。掘進(jìn)工作面管理是對(duì)井巷掘進(jìn)過(guò)程中的關(guān)鍵巷道掘進(jìn)進(jìn)行跟蹤、管理、成檔，輸入掘進(jìn)工作面基本信息，選擇所掘設(shè)計(jì)巷道以及掘進(jìn)開(kāi)始點(diǎn)，掘進(jìn)方向即可保存掘進(jìn)面信息。采煤工作面管理要求輸入采煤面基本信息，選擇組成采煤面的機(jī)巷、風(fēng)巷、切割巷、輸入距離確定計(jì)劃停采線或選擇已有停采線，然后保存采煤面信息并根據(jù)所選擇的圖元，生成掘進(jìn)面未采區(qū)域和一個(gè)空的采空區(qū)[6]。

3 ?系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)的常用功能，也實(shí)現(xiàn)了與業(yè)務(wù)信息的高度集成，其主要功能如下。

3.1 主窗口

主窗口界面和普通Windows應(yīng)用程序類(lèi)似，由標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、?？繖?、狀態(tài)欄以及占有最大部分的地圖主視圖組成。除系統(tǒng)通用功能外，圖層管理器采用CAD風(fēng)格設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)圖層對(duì)圖形幾何對(duì)象、文字、標(biāo)注等進(jìn)行歸類(lèi)處理;捕捉設(shè)置中，組織了多種捕捉類(lèi)型的功能，用戶可以對(duì)捕捉的類(lèi)型和捕捉參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，提高了制圖精度和制圖效率;幾何編輯欄的左側(cè)列表會(huì)按序號(hào)顯示出圖元幾何體的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、與上一結(jié)點(diǎn)連接所構(gòu)成的邊的方位角和邊長(zhǎng)，右側(cè)的選項(xiàng)卡則提供了通過(guò)坐標(biāo)或者輸入數(shù)值修改圖元的功能;屬性編輯欄顯示當(dāng)前編輯圖元的圖元屬性。系統(tǒng)總體界面如圖2所示。

3.2 井巷工程繪制

井巷工程繪制實(shí)現(xiàn)的功能包括繪制單折線巷道、繪制雙折線巷道、繪制單曲線巷道、繪制雙曲線巷道、修改巷道中心線、修改巷道邊線、巷道邊線交叉處理、巷道邊線轉(zhuǎn)角處理等功能。

3.3 采掘工作面管理

采掘工作面管理窗體作為一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)維護(hù)窗體，其界面與單純的關(guān)系數(shù)據(jù)維護(hù)窗體相同，包括工具欄、數(shù)據(jù)查詢區(qū)、數(shù)據(jù)瀏覽區(qū)。其不同點(diǎn)在于：該窗體需要打開(kāi)礦圖后才能使用，并提供了地圖定位功能;掘進(jìn)面管理實(shí)現(xiàn)的功能包括新建掘進(jìn)面、修改掘進(jìn)面、刪除掘進(jìn)面、停止掘進(jìn)面（停頭）、在地圖上定位掘進(jìn)面位置、生成掘進(jìn)面臺(tái)賬等;采煤面管理實(shí)現(xiàn)的功能包括新增采煤面、修改采煤面、刪除采煤面、停采報(bào)廢、在地圖上定位采煤面位置、生成采煤面臺(tái)賬等。

4 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究GIS系統(tǒng)，地質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)和礦井生產(chǎn)技術(shù)，建立了煤礦地質(zhì)測(cè)量信息系統(tǒng)，為煤礦生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。該系統(tǒng)最終設(shè)法共享空間數(shù)據(jù)，確保相同的空間元素在地圖上具有連貫性和完整性。實(shí)現(xiàn)煤礦圖形的數(shù)字化和可視化，并允許圖形和屬性的自動(dòng)關(guān)聯(lián);局部特征更新后，相關(guān)地圖將自動(dòng)更新以實(shí)施礦山地圖的自動(dòng)和實(shí)時(shí)綜合、更新。目前，該系統(tǒng)已正式運(yùn)行，其可用性、可靠性和可維護(hù)性基本滿足設(shè)計(jì)要求。由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，需要進(jìn)一步提高空間分析功能。

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