基于GIS的煤礦圖形協同管理系統的實現

吳新慶 王海賓 王海東 郭振忠 王笑

摘要：近年來，隨著國家煤炭工業的發展，煤礦的機械化和電氣化程度也在不斷提高。而傳統的煤礦采掘信息獲取方式及其管理模式已經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、圖形化和數據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用中實現，可以有效提高行業內地測信息管理的水平，降低煤炭工業運維成本，制定安全生產的信息管理辦法。

關鍵詞：GIS;調度圖形;數字化;煤礦信息化

引言：

煤炭儲量廣泛分散，規模龐大，在當下使用傳統方法難以滿足管理需要。煤炭企業目前使用的傳統儲量管理信息系統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。為優化煤礦圖形協同管理工作，基于目前煤礦管理現狀，在計算機基礎上提出了一種基于GIS技術的新型先進圖形化數字管理方法，并與監控系統相結合，實現了煤礦生產和安全調度的可視化操作[1]。

1 圖形協同管理系統設計

1.1 數據方面

主要負責分配和監管系統的基礎設施資源和數據儲庫，由分布式數據庫和云主機兩部分組成。分布式數據庫主要負責存儲和處理煤礦中的大規模監測數據，從而給模型庫供給煤炭企業持有的煤礦相關數據支持，并基于Hadoop Database數據庫來實現[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，來為煤礦圖形協同管理系統提供大規模的可擴展和標準化的統一云管理平臺。

1.2 應用方面

由一個地圖服務和一個可視化和對話界面這兩部分組成，主要面向用戶，負責可視化操作和人機互動和人機交互等。如通過煤炭企業的地質數據庫能夠實現錄入地質原始數據的功能，能夠對地層、煤層、鉆孔等數據的錄入和分類，同時也能填充自動生成圖中的數據。

2 當前存在的技術問題

2.1 數據方面

數據標準尚未規范，整合大量空間數據的收集和處理能力無法滿足生產需求，故不能確保數據質量。由于煤炭工業企業所屬礦井的分布分散且廣泛，跨地理區域礦井之間的空間數據做到統一存儲較為困難。數據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據庫和總部中央空間數據庫之間的數據及時更新一致。

2.2 應用方面

煤礦工作人員慣于使用傳統的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協同管理系統過程中的一大難關。本協同管理系統應當專門針對煤炭行業制作出直觀體現煤礦危險源的實體表達。

3 技術問題的解決方案

3.1 數據方面

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據，故在系統的實施階段需要根據《儲量圖形編制規范》對企業所有的礦山地圖數據進行處理并將其標準化錄入系統;需要通過制定數據處理程序和質量控制標準來提高數據質量[3]。通過相關工作人員在過程中控制質量來保障系統數據的完整性和準確性。

為了規范儲量管理，煤炭企業應在內部制定企業標準，用以統一企業內各類儲量圖鑒及其編制的標準，其中應當包括這些標準：命名標準、分類標準、分層標準、報告周期標準、編碼標準、符號化標準和要素屬性標準。

3.2 應用方面

3.2.1 開發出基于GIS的圖形處理

礦業技術人員通常使用AutoCAD軟件進行制圖。為了貼近用戶的使用習慣，基于GIS的圖形處理設計采用了組件化的GIS開發技術，許多底層的處理、操作和管理功能都已經實現。該系統框架被設計成跨平臺的，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;命令窗口則可以執行被輸入命令，顯示命令執行時的信息并保存命令執行歷史[4]。

同時，協同管理系統中解決了復雜地質構造的礦山地質模型難建立的問題，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的圖形符號庫，直觀便捷地體現了煤礦的儲量信息。

3.2.2設計與管理模型庫

設計基于服務的模型庫用以將模型庫接口統一，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示煤礦數據采集點在空間中的分布，系統也可以動態地配置前端地圖上的數據點，并在模型被調用時為計算模型設置參數，然后通過RPC將參數與數據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據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字化定位和查詢。

3.2.3 實現交互界面可視化

為了將GIS平臺和模型庫結合，最大限度地發揮可視化地圖的優勢和決策者的認知能力，系統可視化的設計分為可視化模塊配置、可視化參數選擇和可視化結果顯示三個主要模塊。 藉由此設計，可以實現煤炭企業的“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，實現各個礦井礦圖的展示、配置和優化。

結語：

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鍵。經實踐可知，基于GIS的煤礦圖形協同管理系統的技術實施和建設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、數據不夠精確等問題，有效增強煤炭資源回收率的監管力度，為國有資產的保值增值提供不可或缺的技術支撐。建立基于GIS的圖形化庫存管理系統，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技術的煤礦調度圖形信息管理系統[J]. 煤炭工程，2010（3）：109-112.

[2] 紀峰，謝祥志，郭秀才. 基于GIS的煤礦調度圖形處理系統的設計[J]. 寧夏工程技術，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在露天煤礦礦圖繪制中的應用[J]. 露天采礦技術，2018，33（1）：74-76，81.

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

[5] 劉建法. 基于GIS的煤礦采掘生產狀態可視化管理系統研究[J]. 商品與質量，2017（25）：186-187.