基于GIS的煤礦圖形協(xié)同管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

吳新慶 王海賓 王海東 郭振忠 王笑

摘要：近年來，隨著國家煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤礦的機械化和電氣化程度也在不斷提高。而傳統(tǒng)的煤礦采掘信息獲取方式及其管理模式已經(jīng)遠遠無法滿足煤礦的運作需求。隨著計算機軟硬件的不斷完善和成本的大幅降低，計算機的信息處理、圖形化和數(shù)據(jù)采集等功能也更加廣泛和完善?；诖?，引入基于GIS的煤礦圖形化綜合管理軟件并在實際應(yīng)用中實現(xiàn)，可以有效提高行業(yè)內(nèi)地測信息管理的水平，降低煤炭工業(yè)運維成本，制定安全生產(chǎn)的信息管理辦法。

關(guān)鍵詞：GIS;調(diào)度圖形;數(shù)字化;煤礦信息化

引言：

煤炭儲量廣泛分散，規(guī)模龐大，在當(dāng)下使用傳統(tǒng)方法難以滿足管理需要。煤炭企業(yè)目前使用的傳統(tǒng)儲量管理信息系統(tǒng)是通過收集各礦的儲量信息來反饋給集團總部的，但儲量分布位置和隨時間變化的信息的缺少帶來了很多問題。為優(yōu)化煤礦圖形協(xié)同管理工作，基于目前煤礦管理現(xiàn)狀，在計算機基礎(chǔ)上提出了一種基于GIS技術(shù)的新型先進圖形化數(shù)字管理方法，并與監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)和安全調(diào)度的可視化操作[1]。

1 圖形協(xié)同管理系統(tǒng)設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)方面

主要負責(zé)分配和監(jiān)管系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施資源和數(shù)據(jù)儲庫，由分布式數(shù)據(jù)庫和云主機兩部分組成。分布式數(shù)據(jù)庫主要負責(zé)存儲和處理煤礦中的大規(guī)模監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而給模型庫供給煤炭企業(yè)持有的煤礦相關(guān)數(shù)據(jù)支持，并基于Hadoop Database數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)[2]。云主機用于分配可擴展的計算資源（如虛擬機等），基于Open stack云計算平臺，來為煤礦圖形協(xié)同管理系統(tǒng)提供大規(guī)模的可擴展和標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一云管理平臺。

1.2 應(yīng)用方面

由一個地圖服務(wù)和一個可視化和對話界面這兩部分組成，主要面向用戶，負責(zé)可視化操作和人機互動和人機交互等。如通過煤炭企業(yè)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)錄入地質(zhì)原始數(shù)據(jù)的功能，能夠?qū)Φ貙?、煤層、鉆孔等數(shù)據(jù)的錄入和分類，同時也能填充自動生成圖中的數(shù)據(jù)。

2 當(dāng)前存在的技術(shù)問題

2.1 數(shù)據(jù)方面

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尚未規(guī)范，整合大量空間數(shù)據(jù)的收集和處理能力無法滿足生產(chǎn)需求，故不能確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。由于煤炭工業(yè)企業(yè)所屬礦井的分布分散且廣泛，跨地理區(qū)域礦井之間的空間數(shù)據(jù)做到統(tǒng)一存儲較為困難。數(shù)據(jù)庫之間的同步機制尚不完善，無法確保礦井方面客戶端空間數(shù)據(jù)庫和總部中央空間數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)及時更新一致。

2.2 應(yīng)用方面

煤礦工作人員慣于使用傳統(tǒng)的AutoCAD程序繪制礦井圖，而非GIS的操作方式。因此在繪制礦井圖時，如何在GIS這個平臺上實現(xiàn)豐富而快速的展示效果，給平臺用戶提供便捷易用的儲量圖形分析功能也是實現(xiàn)協(xié)同管理系統(tǒng)過程中的一大難關(guān)。本協(xié)同管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)專門針對煤炭行業(yè)制作出直觀體現(xiàn)煤礦危險源的實體表達。

3 技術(shù)問題的解決方案

3.1 數(shù)據(jù)方面

較為大型的煤礦公司都擁有大量的原始礦山地圖和儲量臺賬數(shù)據(jù)，故在系統(tǒng)的實施階段需要根據(jù)《儲量圖形編制規(guī)范》對企業(yè)所有的礦山地圖數(shù)據(jù)進行處理并將其標(biāo)準(zhǔn)化錄入系統(tǒng);需要通過制定數(shù)據(jù)處理程序和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)來提高數(shù)據(jù)質(zhì)量[3]。通過相關(guān)工作人員在過程中控制質(zhì)量來保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

為了規(guī)范儲量管理，煤炭企業(yè)應(yīng)在內(nèi)部制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用以統(tǒng)一企業(yè)內(nèi)各類儲量圖鑒及其編制的標(biāo)準(zhǔn)，其中應(yīng)當(dāng)包括這些標(biāo)準(zhǔn)：命名標(biāo)準(zhǔn)、分類標(biāo)準(zhǔn)、分層標(biāo)準(zhǔn)、報告周期標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)、符號化標(biāo)準(zhǔn)和要素屬性標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 應(yīng)用方面

3.2.1 開發(fā)出基于GIS的圖形處理

礦業(yè)技術(shù)人員通常使用AutoCAD軟件進行制圖。為了貼近用戶的使用習(xí)慣，基于GIS的圖形處理設(shè)計采用了組件化的GIS開發(fā)技術(shù)，許多底層的處理、操作和管理功能都已經(jīng)實現(xiàn)。該系統(tǒng)框架被設(shè)計成跨平臺的，可以在所有GIS平臺上使用。圖形備份管理系統(tǒng)的礦山儲量模塊不僅有類似于GIS和CAD的圖層、地圖窗口和菜單欄，還額外加入了特性、命令窗口。特性窗口用于顯示和修改要素屬性;命令窗口則可以執(zhí)行被輸入命令，顯示命令執(zhí)行時的信息并保存命令執(zhí)行歷史[4]。

同時，協(xié)同管理系統(tǒng)中解決了復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的礦山地質(zhì)模型難建立的問題，能夠自動生成煤巖層對比圖、儲量計算圖和各種等值線。并在礦山儲量方面制定了專業(yè)的圖形符號庫，直觀便捷地體現(xiàn)了煤礦的儲量信息。

3.2.2設(shè)計與管理模型庫

設(shè)計基于服務(wù)的模型庫用以將模型庫接口統(tǒng)一，方便擴展。同時把前端地圖和計算模型進行連接，專題地圖能夠可視化直觀地標(biāo)示煤礦數(shù)據(jù)采集點在空間中的分布，系統(tǒng)也可以動態(tài)地配置前端地圖上的數(shù)據(jù)點，并在模型被調(diào)用時為計算模型設(shè)置參數(shù)，然后通過RPC將參數(shù)與數(shù)據(jù)信息傳輸給模型來計算[5]。在查詢檢索煤礦信息時，能夠通過空間位置和煤礦數(shù)據(jù)的屬性來進行快速查詢，對煤炭資源的采動范圍和儲量塊段進行數(shù)字化定位和查詢。

3.2.3 實現(xiàn)交互界面可視化

為了將GIS平臺和模型庫結(jié)合，最大限度地發(fā)揮可視化地圖的優(yōu)勢和決策者的認(rèn)知能力，系統(tǒng)可視化的設(shè)計分為可視化模塊配置、可視化參數(shù)選擇和可視化結(jié)果顯示三個主要模塊。 藉由此設(shè)計，可以實現(xiàn)煤炭企業(yè)的“以圖管礦”方案，將煤礦的儲量圖和采掘工程平面圖直觀地展示給使用者，實現(xiàn)各個礦井礦圖的展示、配置和優(yōu)化。

結(jié)語：

煤炭資源具有特定的空間位置上的稟賦和變化，其管理的計算機化是提高管理水平的關(guān)鍵。經(jīng)實踐可知，基于GIS的煤礦圖形協(xié)同管理系統(tǒng)的技術(shù)實施和建設(shè)思路可以有效地解決大型煤礦資源管理信息化程度低、實施效果差、數(shù)據(jù)不夠精確等問題，有效增強煤炭資源回收率的監(jiān)管力度，為國有資產(chǎn)的保值增值提供不可或缺的技術(shù)支撐。建立基于GIS的圖形化庫存管理系統(tǒng)，真實地反映煤炭資源儲量的變化，是解決大型煤礦資源精細化管理的有效手段。

參考文獻：

[1] 謝祥志，郭秀才. 基于GIS技術(shù)的煤礦調(diào)度圖形信息管理系統(tǒng)[J]. 煤炭工程，2010（3）：109-112.

[2] 紀(jì)峰，謝祥志，郭秀才. 基于GIS的煤礦調(diào)度圖形處理系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 寧夏工程技術(shù)，2007，6（1）：66-69.

[3] 馬瑩瑩，李靜濤，馬彥輝. 基于GIS的地測圖形管理系統(tǒng)在露天煤礦礦圖繪制中的應(yīng)用[J]. 露天采礦技術(shù)，2018，33（1）：74-76，81.

[4] 陳漢章. 基于GIS的大型煤炭企業(yè)儲量圖形管理 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[J]. 煤炭工程，2019，51（6）：57-61.

[5] 劉建法. 基于GIS的煤礦采掘生產(chǎn)狀態(tài)可視化管理系統(tǒng)研究[J]. 商品與質(zhì)量，2017（25）：186-187.