西山煤電地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

侯曉瑞

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 山西 太原 030053)

信息化是煤礦智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。地測(cè)信息化建設(shè)是安全生產(chǎn)信息化的重要組成部分，西山煤電集團(tuán)公司地測(cè)信息化建設(shè)階段不同，地測(cè)圖形系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)都是單獨(dú)的系統(tǒng)，技術(shù)相對(duì)落后，現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)字化、規(guī)范化及集成度比較低，無(wú)法滿足地測(cè)專(zhuān)業(yè)內(nèi)部管理需求、煤礦智能化建設(shè)對(duì)地質(zhì)保障的要求、各級(jí)政府監(jiān)管和上級(jí)集團(tuán)對(duì)地測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)的需求。

因此，該公司迫切需要在已有地測(cè)信息化成果的基礎(chǔ)上，建設(shè)地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)，按照煤礦企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，提升地測(cè)信息系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化程度，助力煤礦智能化建設(shè)，保障安全生產(chǎn)。

1 地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

西山煤電地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)基于協(xié)同GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，以及一張圖的管理理念[1]，建立圖形和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)[2]，研發(fā)一張圖協(xié)同管理與服務(wù)平臺(tái)[3]、地測(cè)業(yè)務(wù)協(xié)同管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換共享平臺(tái)，開(kāi)發(fā)地質(zhì)、水文、儲(chǔ)量、測(cè)量等專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，建設(shè)地測(cè)透明化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地測(cè)信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同及大數(shù)據(jù)分析、智能診斷預(yù)警，提升地測(cè)業(yè)務(wù)工作的規(guī)范化、流程化、智能化、數(shù)字化管控水平。

系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、基礎(chǔ)管理與服務(wù)平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)、硬件運(yùn)行環(huán)境配置、技術(shù)資料處理和數(shù)據(jù)建設(shè)及人員培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1.

圖1 軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能架構(gòu)由硬件支撐系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、管理與服務(wù)平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析決策支持系統(tǒng)組成。軟件系統(tǒng)功能架構(gòu)見(jiàn)圖2.

圖2 軟件系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù))、測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)、水文數(shù)據(jù)庫(kù)、資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)庫(kù)、地測(cè)檔案數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)交換中間庫(kù)等。建立系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性(業(yè)務(wù))數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)研業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定數(shù)據(jù)類(lèi)型，存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，作為圖形生成、統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)來(lái)源，是系統(tǒng)平臺(tái)、各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.2 地測(cè)GIS一張圖協(xié)同管理系統(tǒng)

地測(cè)GIS一張圖協(xié)同管理系統(tǒng)由協(xié)同管理GIS

服務(wù)子系統(tǒng)、協(xié)同管理Web在線應(yīng)用子系統(tǒng)、GIS圖形平臺(tái)子系統(tǒng)、地測(cè)圖形協(xié)同管理子系統(tǒng)等組成。

地測(cè)圖形協(xié)同處理子系統(tǒng)主要包括：地測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)、等值線圖、測(cè)量圖、儲(chǔ)量圖、柱狀圖、剖面圖、素描圖、防治水圖、瓦斯地質(zhì)圖9大模塊。

系統(tǒng)以最優(yōu)的算法、精準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)信息處理、高效的圖形處理流程，實(shí)現(xiàn)各種地測(cè)圖件的自動(dòng)生成、編輯及圖形管理。

2.3 管理與服務(wù)基礎(chǔ)平臺(tái)

建立業(yè)務(wù)協(xié)同管理平臺(tái)、一張圖管理與服務(wù)應(yīng)用平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)用戶、權(quán)限進(jìn)行配置管理，集成各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供管理和數(shù)據(jù)服務(wù)。

業(yè)務(wù)協(xié)同管理平臺(tái)是地測(cè)信息管理Web發(fā)布和應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)，建立整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)管理體系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和應(yīng)用系統(tǒng)集成，并具有公文公告、收發(fā)文、智能助手等基本功能；具有政策法規(guī)、規(guī)程條例、文件等管理和發(fā)布功能；智能助手可以按照工作任務(wù)和流程進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，發(fā)布提醒信息，督促各礦及時(shí)完成數(shù)據(jù)填報(bào)、更新等工作任務(wù)。

一張圖管理與服務(wù)應(yīng)用平臺(tái)基于公司和礦井一張圖實(shí)現(xiàn)礦井的定位導(dǎo)航與綜合信息展示，在地測(cè)一張圖上分層疊加顯示各煤層、各類(lèi)專(zhuān)題圖件，進(jìn)行采掘工作面、鉆孔、斷層、陷落柱、采空區(qū)、積水區(qū)、瓦斯含量點(diǎn)、保護(hù)煤柱、水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)及地質(zhì)重點(diǎn)工程、地質(zhì)巡查隱患點(diǎn)等相關(guān)圖形信息與關(guān)聯(lián)屬性的查詢(xún)?yōu)g覽，并具有智能搜索功能。

數(shù)據(jù)交換共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的交換、路由、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、發(fā)布、訂閱、連接等功能，滿足地測(cè)與其他安全生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)集成需求，滿足上級(jí)部門(mén)、各級(jí)政府監(jiān)管對(duì)地測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)的需求。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

基于管理與服務(wù)平臺(tái)，建立各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，包括地質(zhì)、測(cè)量、水文、資源儲(chǔ)量、物探等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)分析，并能提取數(shù)據(jù)，生成各類(lèi)專(zhuān)業(yè)圖形，生成臺(tái)賬、報(bào)表，對(duì)各類(lèi)文檔進(jìn)行管理，具有流程處理和智能提醒等輔助管理功能。

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)改變?cè)到y(tǒng)以文檔管理為主的管理模式，基于完整的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)地測(cè)絕大部分信息的數(shù)字化入庫(kù)，為地測(cè)業(yè)務(wù)的協(xié)同處理和信息共享提供了基礎(chǔ)，也為大數(shù)據(jù)分析預(yù)警提供了數(shù)據(jù)來(lái)源，極大地提升了地測(cè)數(shù)字化水平。

2.5 地質(zhì)透明化礦山建設(shè)

基于3DGIS技術(shù)開(kāi)發(fā)可視化平臺(tái)，建立地測(cè)模型和場(chǎng)景，構(gòu)建煤礦的地質(zhì)、測(cè)量虛擬仿真模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井地質(zhì)透明化。可以根據(jù)地形數(shù)據(jù)、勘探、地質(zhì)、測(cè)量、水文、物探、井巷工程等空間數(shù)據(jù)，基于二維圖形自動(dòng)生成三維模型，實(shí)現(xiàn)礦井二三維一體化管理。所有與時(shí)間關(guān)聯(lián)度較高的地測(cè)實(shí)體賦時(shí)間屬性，建立四維可視化系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)井巷工程、鉆孔、地質(zhì)構(gòu)造、水文區(qū)域、水文監(jiān)測(cè)等地測(cè)實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)查詢(xún)，并具有三維剖切分析功能。

建立透明工作面，基于地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)、井巷工程數(shù)據(jù)、井上下鉆探、物探等數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)采煤工作面多源空間數(shù)據(jù)集成與融合分析，建立綜采工作面高精度三維地質(zhì)模型，支持煤層、斷層、煤壁、構(gòu)造、夾矸等關(guān)鍵位置多分辨率模型構(gòu)建，并通過(guò)基于最新數(shù)據(jù)的高精度三維地質(zhì)模型局部動(dòng)態(tài)修正技術(shù)，提高工作面地質(zhì)模型的精度，為智能開(kāi)采工作面的建設(shè)提供基礎(chǔ)的地理信息透明平臺(tái)支撐，指導(dǎo)回采工作面自適應(yīng)割煤[4].

2.6 綜合管理

建立井下地質(zhì)信息采集系統(tǒng)，施工隊(duì)組填報(bào)當(dāng)班頂板錨索見(jiàn)煤巖情況、巷道前方超前探鉆孔見(jiàn)煤巖情況及巷道涌水、鉆孔出水等情況，記錄采掘工作面施工位置及地質(zhì)、水文信息，礦井地測(cè)部門(mén)審核后上報(bào)公司，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。

對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的地測(cè)業(yè)務(wù)工作進(jìn)行全流程管理，包括礦井設(shè)計(jì)、采區(qū)設(shè)計(jì)、工作面設(shè)計(jì)、井巷工程施工、工作面回采、采后地質(zhì)總結(jié)及生產(chǎn)過(guò)程中地質(zhì)災(zāi)害和地測(cè)隱患排查治理。

2.7 移動(dòng)端和大數(shù)據(jù)分析決策支持系統(tǒng)

基于管理服務(wù)平臺(tái)及各應(yīng)用系統(tǒng)建立地測(cè)移動(dòng)端系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析決策支持系統(tǒng)，主要為管理層和領(lǐng)導(dǎo)層提供地測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)分析和預(yù)測(cè)預(yù)警，及時(shí)決策指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

地測(cè)移動(dòng)端系統(tǒng)建立礦井移動(dòng)端空間數(shù)據(jù)查詢(xún)與分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多部門(mén)多層次井上下圖形和數(shù)據(jù)共享，可以隨時(shí)隨地查詢(xún)和瀏覽地測(cè)信息，包括地測(cè)一張圖、臺(tái)賬、報(bào)表及文檔；可以及時(shí)給領(lǐng)導(dǎo)層和管理層推送各種預(yù)報(bào)、預(yù)警信息；可以在線處理業(yè)務(wù)工作，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

大數(shù)據(jù)分析決策支持系統(tǒng)通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)危險(xiǎn)源、水文監(jiān)測(cè)、資源儲(chǔ)量、防治水工程、巷道貫通、地面沉陷等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和智能分析預(yù)警，以圖表的形式展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，根據(jù)業(yè)務(wù)模型進(jìn)行智能診斷和發(fā)出預(yù)測(cè)預(yù)警信息，為管理層和領(lǐng)導(dǎo)層提供決策支持。

2.8 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和部署方式

配置系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)及終端運(yùn)行環(huán)境提出要求，結(jié)合現(xiàn)有硬件資源情況，配置部分硬件和支撐系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用一級(jí)部署二級(jí)應(yīng)用，采用C/S+B/S混合模式，服務(wù)器端協(xié)同一張圖數(shù)據(jù)庫(kù)和一張圖管理與服務(wù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理與服務(wù)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)部署在西山煤電公司機(jī)房，通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)為公司領(lǐng)導(dǎo)和各部室及下屬礦井提供終端應(yīng)用服務(wù)?？蛻舳税惭b地測(cè)空間信息系統(tǒng)和地測(cè)圖形協(xié)同系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形處理，使用瀏覽器進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理及圖形系統(tǒng)瀏覽和查詢(xún)。

2.9 技術(shù)資料處理和數(shù)據(jù)建設(shè)

收集系統(tǒng)建設(shè)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，數(shù)字化處理入庫(kù)。各類(lèi)圖形按一張圖協(xié)同管理要求分層和賦屬性數(shù)據(jù)后導(dǎo)入一張圖圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)各礦井檔案資料數(shù)字化處理后，建立目錄索引，上傳檔案文件建立檔案數(shù)據(jù)庫(kù)。整合地形航拍數(shù)據(jù)，將地形圖轉(zhuǎn)換成一張圖要求的圖形格式，集成到一張圖。

3 地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)應(yīng)用成效

地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施已經(jīng)在西山煤電集團(tuán)公司及下屬礦井應(yīng)用，取得較好的應(yīng)用成效。

3.1 礦井層面應(yīng)用成效

礦井層面實(shí)現(xiàn)各礦井地測(cè)工作數(shù)字化、信息化、規(guī)范化，提高地測(cè)工作的效能:1) 建立數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)流程管理規(guī)范。2) 建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。3) 開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集功能，各業(yè)務(wù)人員從現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)錄入、導(dǎo)入系統(tǒng)或直接從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)。4) 開(kāi)發(fā)圖形和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、計(jì)算處理、統(tǒng)計(jì)匯總、瀏覽查詢(xún)。5) 自動(dòng)生成各類(lèi)圖形、臺(tái)賬、報(bào)表，并能分級(jí)分類(lèi)管理查詢(xún)。6) 礦井地質(zhì)透明化建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)基于三維可視化平臺(tái)的安全生產(chǎn)管控，通過(guò)高精度地質(zhì)模型為智能開(kāi)采自適應(yīng)割煤提供數(shù)據(jù)。7) 具有綜合展示、綜合管理及大數(shù)據(jù)分析預(yù)警決策支持功能。

3.2 集團(tuán)公司層面應(yīng)用成效

公司層面實(shí)現(xiàn)集團(tuán)地測(cè)工作的集中管控和智能管控：1) 對(duì)各礦井地測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、統(tǒng)計(jì)匯總和分析查詢(xún)。2) 可以遠(yuǎn)程巡查各礦井日常地測(cè)工作情況。3) 日常地測(cè)工作信息化、數(shù)字化管理，貫徹礦井地測(cè)工作制度規(guī)范，實(shí)現(xiàn)流程化和智能化管理，督查和考核各礦井地測(cè)工作完成情況。4) 及時(shí)發(fā)布和共享各礦井地測(cè)信息，為集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)和安全生產(chǎn)相關(guān)部室提供決策支持。5) 從集團(tuán)層面向上級(jí)單位和政府監(jiān)管部門(mén)上報(bào)或共享地測(cè)信息。

4 結(jié) 語(yǔ)

地測(cè)數(shù)字化管控平臺(tái)基于協(xié)同GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地測(cè)信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同及大數(shù)據(jù)分析、智能診斷預(yù)警，提升地測(cè)工作的自動(dòng)化、規(guī)范化、流程化、智能化、一體化管控水平，為煤礦安全生產(chǎn)提供地質(zhì)保障和有效決策支持。

1) 基于先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地測(cè)工作的全業(yè)務(wù)、全流程的數(shù)字化、智能化、一體化管理。

2) 建立了地測(cè)一張圖協(xié)同管理系統(tǒng)，解決了煤礦圖形協(xié)同更新的問(wèn)題，保證圖形數(shù)據(jù)的及時(shí)性、一致性，實(shí)現(xiàn)了圖形與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合和一體化管理。

3) 基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)地測(cè)手機(jī)端系統(tǒng)，隨時(shí)隨地可以瀏覽地測(cè)圖形和查詢(xún)地測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

4) 透明化礦山建設(shè)建立了地表、工業(yè)廣場(chǎng)、地層、煤層、井巷工程、重大危險(xiǎn)源等采礦場(chǎng)景，直觀展示井上下空間關(guān)系，為地質(zhì)分析和災(zāi)害管理及智能開(kāi)采提供高精度地質(zhì)模型和可視化管控平臺(tái)。

5) 一張圖服務(wù)與應(yīng)用及地測(cè)全業(yè)務(wù)信息化提供了豐富地測(cè)數(shù)據(jù)資源，一方面可以通過(guò)建立大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能診斷和預(yù)測(cè)預(yù)警，另一方面通過(guò)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的建設(shè)解決了地測(cè)圖形和數(shù)據(jù)與安全生產(chǎn)其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換共享的問(wèn)題。