基于云計(jì)算的礦山測繪地理信息應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化研究

丁 超

（甘肅省華亭煤業(yè)集團(tuán)有限公司硯北煤礦，甘肅 華亭 744100）

進(jìn)入信息時代和數(shù)字時代以來，礦山地理信息系統(tǒng)借助現(xiàn)代化技術(shù)成果的更新?lián)Q代，獲得了新的發(fā)展。云計(jì)算作為新型數(shù)據(jù)處理技術(shù)，為有效應(yīng)對地理信息數(shù)量急劇增加、分析工作日益繁重的挑戰(zhàn)提供了新途徑。礦山地理信息領(lǐng)域的專業(yè)人員要緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢，大力探索云計(jì)算等新型技術(shù)的有效應(yīng)用。文章分析了礦山測繪信息和云計(jì)算的基礎(chǔ)概念，針對礦山數(shù)字化管理的發(fā)展需要，探討了測繪技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)信息如何以標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用為方向，促進(jìn)數(shù)據(jù)的有效挖掘和應(yīng)用。此次研究對礦山數(shù)字化、智能化管理有較好的借鑒價值。

1 礦山測繪地理信息

新時代是數(shù)字時代，也是現(xiàn)代礦山企業(yè)全力構(gòu)建數(shù)字化、智能化礦山的關(guān)鍵時期。傳統(tǒng)礦山測繪地理信息管理借助計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，獲得了新的發(fā)展進(jìn)步。面對礦山測繪地理信息的基礎(chǔ)數(shù)字資料規(guī)模不斷急劇增加的挑戰(zhàn)，迫切需要借助云計(jì)算等現(xiàn)代化數(shù)據(jù)處理技術(shù)提高工作效率和質(zhì)量。

1.1 礦山測繪地理信息的價值

礦山測繪地理信息是現(xiàn)代礦山企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化、信息化、智能化建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)字礦山需要將礦山開發(fā)建設(shè)范圍內(nèi)的所有地理信息、坐標(biāo)數(shù)據(jù)等集成構(gòu)建為數(shù)字化模型，再利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，對數(shù)字模型進(jìn)行主動感知、自動分析和高質(zhì)高效處理，從而實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)開發(fā)全過程數(shù)據(jù)信息的一體化管理。礦山測繪地理信息是礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)的基礎(chǔ)，只有不斷提高地理信息的采集、分析和處理、使用質(zhì)量，才能構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)。

現(xiàn)代企業(yè)管理已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)?，F(xiàn)代化礦山管理不是簡單地將傳統(tǒng)書面文字資料、圖紙上傳到網(wǎng)絡(luò)，而是需要利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)技術(shù)對礦山的測繪地理信息、生產(chǎn)管理信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行有效分析和高效處理。必須引入現(xiàn)代企業(yè)的資料管理、數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)化工作理念，更新升級傳統(tǒng)管理模式，以思維和方法的變革帶領(lǐng)礦山數(shù)據(jù)資料管理進(jìn)入新的發(fā)展階段。從管理的價值上看，礦山測繪地理信息的現(xiàn)代化管理作用表現(xiàn)為：一是實(shí)現(xiàn)自動化管理?；诂F(xiàn)代信息技術(shù)和信息采集設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)對礦山測繪信息的自動化采集、分析和處理，改變傳統(tǒng)手工操作的工作量大的問題，杜絕人為操作可能存在的誤差和錯誤處理。二是實(shí)現(xiàn)高效率管理?，F(xiàn)代信息處理技術(shù)最大的優(yōu)勢是提高測繪信息的輸入記錄、分析處理質(zhì)量，工作效率大幅度提高，工作質(zhì)量更加可靠、快速、便捷。快速、高效、準(zhǔn)確的礦山測繪信息能為企業(yè)的發(fā)展決策提供真實(shí)可靠的依據(jù)。三是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化輸出。礦山測繪信息借助計(jì)算機(jī)及其專業(yè)軟件，不再需要人工手工繪制圖紙等資料，計(jì)算機(jī)軟件輸出的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和圖件，不僅讓圖紙繪制工作量不再成為影響工作進(jìn)度的因素，還能為計(jì)劃規(guī)劃部門、設(shè)計(jì)人員和企業(yè)決策者提供快捷可靠的圖形化資料，是礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)一體化、集成化管理的重要組成部分。

1.2 礦山測繪地理信息技術(shù)

現(xiàn)代測繪新技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦山測繪地理信息采集管理工作中。主要的技術(shù)種類有：一是無人機(jī)攝影測量。無人機(jī)攝影測量技術(shù)，就是利用配備多個航拍相機(jī)、攝像機(jī)等設(shè)備的無人機(jī)進(jìn)行礦山測繪地理信息的采集。能通過多角度的設(shè)備架設(shè)，實(shí)現(xiàn)360°不同傾斜角度下的信息數(shù)據(jù)采集。無人機(jī)按照事先設(shè)定好的航線對測區(qū)進(jìn)行采集，能快速準(zhǔn)確、真實(shí)有效地獲取礦山的地表地貌。該技術(shù)最大的優(yōu)勢是應(yīng)用于露天礦山的監(jiān)管中，能利用高分辨率圖像信息構(gòu)建礦山三維現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)模型，從而直觀觀察礦山開采過程，確定礦山開采是否越界、是否存在不安全因素。二是三維激光掃描技術(shù)。該技術(shù)是基于激光信號對測繪目標(biāo)的連續(xù)發(fā)射和反射信息作為三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)來源，從而準(zhǔn)確對被測目標(biāo)進(jìn)行GPS定位，構(gòu)建三維立體化數(shù)字模型，便于后續(xù)礦山地理各類豐富測繪信息的嵌入集成。該技術(shù)在礦山測繪中主要應(yīng)用于地面和地下巷道，能快速準(zhǔn)確對被測區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)掃描，形成可視化、立體化的三維實(shí)景模型，展示礦山真實(shí)工作場景、工作進(jìn)度和礦山結(jié)構(gòu)的變化，保障礦山安全生產(chǎn)。該技術(shù)能還能利用專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件，對比分析不同時期的礦山數(shù)據(jù)模型，精確計(jì)算礦山開挖的邊界和工作量體積，從而科學(xué)決策礦產(chǎn)開采計(jì)劃、開采產(chǎn)量和產(chǎn)能作業(yè)面的進(jìn)度。礦山開發(fā)中非常容易因?yàn)閮?nèi)部開挖形成的空洞造成積水涌出等安全隱患，嚴(yán)重時會導(dǎo)致礦山出現(xiàn)坍塌等安全事故。將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于鉆孔式設(shè)備上，能通過鉆桿的延長，深入礦山內(nèi)部巷道和采空區(qū)域，真實(shí)準(zhǔn)確地掌握采空區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，還原采空區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效降低礦山開發(fā)作業(yè)過程的安全風(fēng)險。

2 云計(jì)算及其應(yīng)用概述

2.1 云計(jì)算

云計(jì)算是現(xiàn)代信息技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的最新應(yīng)用成果。我國對云計(jì)算的定義來自于中國電子學(xué)會云計(jì)算專家委員會。云計(jì)算是一種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下的計(jì)算模式，在大眾參與的形式下，實(shí)現(xiàn)對計(jì)算資源的動態(tài)運(yùn)行，云計(jì)算的計(jì)算能力、存儲能力和數(shù)據(jù)交互能力是實(shí)時可變化、能伸縮的，采用虛擬化的服務(wù)為用戶提供計(jì)算功能。云計(jì)算是一種對技術(shù)資源的組織、分配和使用模式進(jìn)行的創(chuàng)新，有效促進(jìn)了計(jì)算資源在科學(xué)合理分配下的利用率提高，是促進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域節(jié)能減排、綠色計(jì)算的重要新型技術(shù)。云計(jì)算從服務(wù)模式上看，以軟件服務(wù)化、資源虛擬化的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行的透明化，是一種全新的商業(yè)計(jì)算服務(wù)模式。作為一種技術(shù)手段，云計(jì)算改變了傳統(tǒng)計(jì)算資源的使用限制，成為面向社會大眾的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，對信息技術(shù)的應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的影響。云計(jì)算的服務(wù)理念是按需服務(wù)、一切皆服務(wù)。在礦山資源管理領(lǐng)域搭建云計(jì)算平臺，是智慧礦山、數(shù)字礦山建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，能促進(jìn)礦山企業(yè)加快信息化建設(shè)，并體現(xiàn)出礦山測繪信息的公益性價值。云計(jì)算將傳統(tǒng)礦山測繪信息松散的、粒度不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，從而實(shí)現(xiàn)多粒度的智能化服務(wù)，能將分布于不同服務(wù)器上的礦山測繪碎片數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合，集聚成為數(shù)據(jù)小云、數(shù)據(jù)大云和混合數(shù)據(jù)云，滿足用戶對礦山測繪數(shù)據(jù)使用的多角度、多層次需要。

2.2 礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)在20世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)誕生之后，采用的是人工操作和網(wǎng)頁WWW相結(jié)合的方式進(jìn)行。地理信息數(shù)據(jù)在檢測、集成等過程中耗時較長，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性不高，難以實(shí)現(xiàn)全局性數(shù)據(jù)分析使用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，衛(wèi)星遙感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)Internet技術(shù)讓大數(shù)據(jù)的共享成為可能，礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)借助新型互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時共享，不僅提高了礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的利用率，也方便了測繪工作人員進(jìn)行更加快速便捷的數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集工作環(huán)境的改善、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸效率提高，讓礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)為礦山現(xiàn)代化發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)是現(xiàn)代化礦山企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行、發(fā)展決策的關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐，必須不斷提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、分析處理的科學(xué)性，才能為企業(yè)全面可持續(xù)發(fā)展提供有效保障。礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的集成化、一體化利用水平?jīng)Q定了綠色礦山、智慧礦山建設(shè)的水平。

現(xiàn)代化礦山數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)表現(xiàn)為：一是數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化。在傳統(tǒng)礦山測繪地理信息管理中，人工操作存在很多問題，如數(shù)據(jù)錄入準(zhǔn)確性受人為影響大，數(shù)據(jù)分析效率不高、結(jié)果不是很準(zhǔn)確等等，這些都會直接影響地理信息的有效應(yīng)用。云計(jì)算使用的數(shù)據(jù)信息來自于衛(wèi)星遙感等現(xiàn)代化數(shù)據(jù)采集技術(shù)，準(zhǔn)確性、實(shí)時性和真實(shí)性較高。數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和處理使用奠定了良好基礎(chǔ)。二是數(shù)據(jù)資料信息化。云計(jì)算對礦山數(shù)據(jù)資料的處理來自于大數(shù)據(jù)構(gòu)建下的數(shù)據(jù)模型，相比傳統(tǒng)測繪技術(shù)基于人工處理，大大提高了數(shù)據(jù)資料的信息化水平。目前已能利用現(xiàn)代化技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦山測繪信息的三維虛擬現(xiàn)實(shí)化、交互式展示，不僅實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)資料的集成，大大提高數(shù)據(jù)資料的科學(xué)性，也便于數(shù)據(jù)資料的實(shí)時更新和延續(xù)升級。三是數(shù)據(jù)信息獨(dú)立化。在礦山測繪地理信息的實(shí)際應(yīng)用中，云計(jì)算能讓所采集的礦山測繪地理信息得到更全面深入的使用。特別是云計(jì)算使用數(shù)據(jù)來自大數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)完整體現(xiàn)數(shù)據(jù)真實(shí)情況，時間、空間上標(biāo)注的獨(dú)一性，保證數(shù)據(jù)信息獨(dú)立使用時不會受外界因素影響，保證了數(shù)據(jù)信息使用的準(zhǔn)確度。

3 優(yōu)化改進(jìn)云計(jì)算下礦山測繪地理信息標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的思考

3.1 加強(qiáng)對礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的云計(jì)算研究

基于云計(jì)算進(jìn)行礦山測繪地理信息應(yīng)用中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是云計(jì)算服務(wù)效能體現(xiàn)的基礎(chǔ)，因此要加強(qiáng)對云計(jì)算應(yīng)用形態(tài)的研究，從礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)特點(diǎn)出發(fā)，建立健全相關(guān)管理制度和體制體系，不斷提高云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平。要加快先進(jìn)現(xiàn)代化信息技術(shù)工具的應(yīng)用。針對礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)實(shí)時變化、階段性數(shù)據(jù)對比分析等應(yīng)用需要，總結(jié)研究礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和處理特點(diǎn)，選用適宜的云計(jì)算技術(shù)，以提高共享云、專業(yè)云和混合云等各自的應(yīng)用優(yōu)勢。如專業(yè)云在礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用中，注重第三方對云數(shù)據(jù)的管理，發(fā)揮專業(yè)云在礦山企業(yè)管理的基礎(chǔ)價值。在混合云應(yīng)用于礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)管理時，提高數(shù)據(jù)集成的標(biāo)準(zhǔn)化水平，為數(shù)據(jù)的傳輸、遷移打下基礎(chǔ)。

3.2 統(tǒng)一礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代云計(jì)算技術(shù)的種類較多，應(yīng)用于不同行業(yè)都獲得了良好效果。但在具體實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一直接影響數(shù)據(jù)使用的范圍和效果。因此要加強(qiáng)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，從礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)特點(diǎn)出發(fā)，從建設(shè)現(xiàn)代化綠色礦山、數(shù)字礦山、智慧礦山需要出發(fā)，進(jìn)一步明確云計(jì)算相關(guān)OGC標(biāo)準(zhǔn)。在礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的云計(jì)算OGC標(biāo)準(zhǔn)制定中，針對礦山對地圖等各類地理空間數(shù)據(jù)、地理空間服務(wù)數(shù)據(jù)等信息共享的要求，完善數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。提高自動處理程度，實(shí)現(xiàn)對各類圖形、數(shù)據(jù)信息的自動高效整合，方便對數(shù)據(jù)信息的搜索、查找和使用。目前國內(nèi)對云計(jì)算的OGC標(biāo)準(zhǔn)比較多，其中大部分是涉及數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，如傳感器監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)、地圖定位標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)共享要素等。在OGC標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中，要處理好服務(wù)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)化問題，提高編碼安全水平，從對應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)種類出發(fā)，選用更有效率、安全性更好的云計(jì)算種類，持續(xù)提高礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.3 適應(yīng)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展需要豐富標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容

云計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化有助于云計(jì)算的推廣和應(yīng)用，是云計(jì)算價值的最終體現(xiàn)。國內(nèi)外的學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域都在對此進(jìn)行深入而廣泛的研究，可以說掌握了云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的話語權(quán)，對國家數(shù)據(jù)建設(shè)具有重要價值。云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的內(nèi)容非常豐富，一般包括云計(jì)算軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化等內(nèi)容。在礦山測繪地理信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中，要深化對云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)目標(biāo)的認(rèn)識，基于標(biāo)準(zhǔn)的可移植性、交互操作性和安全可靠性進(jìn)行探索實(shí)踐，不斷豐富標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容。如加強(qiáng)云計(jì)算針對礦山測繪地理信息的操作集成標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，對不同云之間的集成接口標(biāo)準(zhǔn)、交互操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。從礦山測繪地理信息的應(yīng)用需要出發(fā)，開展云計(jì)算服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提高對數(shù)據(jù)信息快速便捷調(diào)用和使用。從架構(gòu)層、平臺層和應(yīng)用層構(gòu)建出發(fā)，探索云計(jì)算接入端口標(biāo)準(zhǔn)。研究如何建立云計(jì)算服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)礦山測繪數(shù)據(jù)信息的無縫銜接和移植、遷移。從云計(jì)算的安全使用要求出發(fā)，建立保密性更強(qiáng)、物理邏輯和可用性更強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 加大參與國際云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的力度

從目前世界上云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的趨勢看，掌握了云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)話語權(quán)，不僅體現(xiàn)國家科技研究力量，也有助于展示大國在云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力量。國內(nèi)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，要引導(dǎo)高等院校、企業(yè)團(tuán)體的參與和加入，將中國云計(jì)算需求納入到國際云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容，在云計(jì)算領(lǐng)域建立中國標(biāo)準(zhǔn)、推廣中國云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)中國在云計(jì)算領(lǐng)域的核心競爭力。發(fā)揮高等院校和科研機(jī)構(gòu)的力量，強(qiáng)化行業(yè)協(xié)會參與標(biāo)準(zhǔn)化研究的力度，推動我國標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)成果的共享和推廣。礦山企業(yè)要發(fā)揮國有基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的重要作用，在云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)實(shí)踐中體現(xiàn)更大價值。

我國改革開放四十多年來，國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了巨大發(fā)展，礦山測繪地理信息管理借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展。文章從云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展趨勢分析出發(fā)，建議通過加強(qiáng)對礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)的云計(jì)算研究、統(tǒng)一礦山測繪地理信息數(shù)據(jù)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、適應(yīng)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展需要豐富標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容、加大參與國際云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的力度等措施，不斷提高云計(jì)算下礦山測繪地理信息標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平。