王　梅1 , 張建民2 , 王宇飛3 , 肖海紅1 , 黃　為1
(11北京國土資源遙感公司, 北京100085; 21中國神華能源股份公司, 北京100011; 31中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū)) , 北京100083)
[摘　要] 　礦井三維信息管理對煤田的有效科學(xué)規(guī)劃和安全高效生產(chǎn)有著重要的意義, 也是實現(xiàn)礦山管理和生產(chǎn)現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)之一。依托“大柳塔煤礦三維信息管理決策系統(tǒng)”項目, 面向煤田的有效科學(xué)規(guī)劃和安全高效生產(chǎn), 針對煤礦的生產(chǎn)、安全與管理的特點, 以礦山專業(yè)軟件Micro2mine為系統(tǒng)開發(fā)平臺, 利用Visual C + +和數(shù)據(jù)庫技術(shù), 以各種地質(zhì)、測量、采礦工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以三維可視化技術(shù)以及地質(zhì)建模技術(shù)為手段, 初步開發(fā)了具有真三維特點的煤礦生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)CoalM iner3D 。系統(tǒng)有助于指導(dǎo)礦區(qū)的科學(xué)規(guī)劃、資源管理、安全生產(chǎn)、輔助決策等, 也為國內(nèi)的其他礦井提供信息化建設(shè)的樣板。
[關(guān)鍵詞] 　三維信息管理; 三維建模; 三維可視化系統(tǒng); CoalM iner3D
1　國內(nèi)外礦井信息管理應(yīng)用與基本需求國內(nèi)外在礦井信息管理方面的應(yīng)用發(fā)展很不平
衡, 國外礦山三維信息管理技術(shù)起步較早, 三維信息管理軟件涵蓋了礦產(chǎn)資源勘探、開發(fā)和生產(chǎn)管理的各個階段, 一些主要產(chǎn)煤國已在實現(xiàn)綜合機(jī)械化基礎(chǔ)上, 實行全過程的信息化管理。目前國外與礦山有關(guān)的研究成果以及礦井信息管理的軟件系統(tǒng)大都集中解決了與露天采礦有關(guān)的一系列地質(zhì)工程、生產(chǎn)和工藝等問題。這些礦山信息管理系統(tǒng)主要有
Micromine, M INESCAPE, Datamine, Surpac2000,Lynx和VULCAN等, 它們的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對各種基于GIS的數(shù)據(jù)集成三維地質(zhì)建模、采礦工藝流程設(shè)計、采礦生產(chǎn)管理、各種地質(zhì)圖、專題圖制作、地質(zhì)儲量評估、鉆孔數(shù)據(jù)管理和生產(chǎn)進(jìn)度管理等。雖然, Micromine和Datamine等系統(tǒng)也可以應(yīng)用于地下開采, 但系統(tǒng)的功能與我國礦井生產(chǎn)的實際需求還是有一定的差距。國內(nèi)礦山的信息化建設(shè)相對滯后, 在計算機(jī)技術(shù)引進(jìn)煤礦生產(chǎn)之前, 對所有煤礦空間信息(如煤層及其頂?shù)装鍘r層、斷層、沖刷帶、煤層露頭、測量數(shù)據(jù)等) 的管理、分析和研究完全是人工完成的。隨著對高產(chǎn)高效礦井管理信息系統(tǒng)要求的不斷提高, 國內(nèi)也研究出一些具有簡單三維可視化功能的礦井軟件, 但是與國外的礦井信息管理軟件相比仍存在很大的差距, 主要表現(xiàn)在: 基于二維GIS的圖形管理, 停留在傳統(tǒng)圖形的讀圖和制圖水平;可視化水平較低, 不便于礦山各種信息集成后的綜合分析; 數(shù)據(jù)管理水平較低, 由于礦山內(nèi)容廣泛,尚沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包含上述各種信息。隨著煤炭開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害日趨嚴(yán)重, 不僅造成了礦井經(jīng)濟(jì)損失, 而且嚴(yán)重威脅著礦井工作人員的生命安全, 因此, 研究出一套面向礦井安全高效生產(chǎn)礦井三維信息管理系統(tǒng), 對保證煤炭安全生產(chǎn)和煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文依托北京國土資源遙感公司承接神華集團(tuán)神東公司的“大柳塔煤礦三維信息管理決策系統(tǒng)”項目進(jìn)行研究, 以“實用”為根本出發(fā)點, 應(yīng)用成熟先進(jìn)的信息處理技術(shù), 建成了一套集信息采集、分析、處理、共享、管理為一體的高度自動化管理系統(tǒng)———礦井三維可視化信息系統(tǒng)(CoalM iner3D ) , 為國內(nèi)的其他礦井提供了信息化建設(shè)的樣板。
2　系統(tǒng)設(shè)計
211　系統(tǒng)設(shè)計思路
系統(tǒng)的設(shè)計思路遵循下面的原則為:專業(yè)管理數(shù)據(jù)采集處理標(biāo)準(zhǔn)化;專題信息處理的流程化和自動化;成果制作標(biāo)準(zhǔn)和共享網(wǎng)絡(luò)化;礦井生產(chǎn)與安全信息的三維可視化。
212　系統(tǒng)總體設(shè)計
礦井生產(chǎn)與安全三維動態(tài)信息管理系統(tǒng)建設(shè)是一個集“3S”技術(shù)、3D顯示技術(shù)、仿真技術(shù)等多項高新技術(shù)的工程體系, 通過對試驗礦井進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男枨蠓治? 制定了系統(tǒng)的詳細(xì)目標(biāo):
(1) 建立基于統(tǒng)一空間坐標(biāo)系統(tǒng)的礦井生產(chǎn)與安全管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集, 通過系統(tǒng)、規(guī)范的多源數(shù)據(jù)采集, 建立大柳塔井田空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集;
(2) 利用三維地質(zhì)建模技術(shù), 提取礦井生產(chǎn)與安全管理有關(guān)的三維目標(biāo)要素, 實現(xiàn)三維礦井目標(biāo)的綜合建模;
(3) 建立流程化和標(biāo)準(zhǔn)化的信息處理流程,自動制圖系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)圖形信息自動更新;
(4) 通過開發(fā)三維可視化(模型、顯示與動態(tài)管理) 技術(shù), 提高井田開發(fā)與井下生產(chǎn)動態(tài)管
理的可視化水平;
(5) 實現(xiàn)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)等內(nèi)容的一體化管理, 提高信息集成化和服務(wù)水平。
最終可以建立依托國際先進(jìn)的三維GIS技術(shù)和礦區(qū)高效能的網(wǎng)絡(luò)體系、應(yīng)用高新技術(shù)和先進(jìn)管理方法的“礦井生產(chǎn)與安全三維信息管理系統(tǒng)”, 實現(xiàn)礦井生產(chǎn)多級管理、多專題信息查詢、動態(tài)分析和管理的自動化和流程化, 為礦井生產(chǎn)與安全動態(tài)管理提出可見、方便、便捷的工具, 形成基于現(xiàn)代信息技術(shù)的完整解決方案。
213　系統(tǒng)功能設(shè)計
按照礦井生產(chǎn)與安全管理的內(nèi)容要求, 本系統(tǒng)的主要功能設(shè)計為以下幾個模塊:
(1) 數(shù)據(jù)采集功能　根據(jù)大柳塔礦井目前數(shù)據(jù)采集的模式和要求, 針對鉆孔、巷道、工作面、輔助設(shè)施和煤質(zhì)等不同類型的數(shù)據(jù), 進(jìn)行錄入、檢查、定位查詢、追加、刪除等基本操作;
(2) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能　針對系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的存貯、查詢、更新、信息可視化顯示要求, 主要對鉆探數(shù)據(jù)、巷道數(shù)據(jù)、工作面數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)及其他生產(chǎn)輔助設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。實現(xiàn)上述各類數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢查, 以及平面圖、立體圖和剖面圖的顯示功能;
(3) 三維綜合建模功能　實現(xiàn)涉及礦山生產(chǎn)各類三維目標(biāo)的創(chuàng)建、更新、編輯、檢查等功能,完成建模基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新后的巖層、煤層、斷層等各類地質(zhì)目標(biāo)和巷道工程、輔助管線等礦山生產(chǎn)目標(biāo)的建模;
(4) 專題輔助分析功能　為礦山常用的以鉆孔、煤質(zhì)數(shù)據(jù)和各種動態(tài)信息為基礎(chǔ)信息提供分析工具, 同時對大礦特殊的地質(zhì)問題如潰水潰沙等提供一些具體的解決方案, 其結(jié)果信息將作為專題制圖的基礎(chǔ)信息;
(5) 專題自動制圖功能　基于三維建模、專題分析等基礎(chǔ)信息和子系統(tǒng)的分析統(tǒng)計結(jié)果, 按照各專業(yè)和生產(chǎn)管理中各種成果的要求, 自動成圖和輸出, 為各個部門提供相應(yīng)的制圖工具。
(6) 礦井三維信息瀏覽與查詢功能　根據(jù)不同專業(yè)提取各種三維信息內(nèi)容要求進(jìn)行組合, 共分為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)、礦井地質(zhì)系統(tǒng)和礦井安全實時監(jiān)測3大類。它們提供了從地表到地下的礦井各個作業(yè)系統(tǒng)的立體圖和主要內(nèi)容的查詢功能。該子系統(tǒng)要求能夠靈活加載并分類顯示各個三維目標(biāo)和查詢其屬性, 是三維可視化成果的最終體現(xiàn);
(7) 系統(tǒng)管理功能　主要是為系統(tǒng)的訪問提供安全服務(wù);
(8) 系統(tǒng)幫助功能　提供了比較詳盡的CHM格式的幫助系統(tǒng), 介紹使用方法。
214　系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)功能體系分為3個層次, 在完成系統(tǒng)集成即應(yīng)用功能層后繼續(xù)進(jìn)行各專業(yè)專題

4　結(jié)束語
對礦井生產(chǎn)與安全三維動態(tài)信息管理系統(tǒng)CoalM iner3D的開發(fā), 是基于具有國際商業(yè)化水平的三維GIS系統(tǒng)平臺, 以建立具有簡單、實用和智能為特點的礦井生產(chǎn)與安全三維信息管理系統(tǒng)為目標(biāo), 選擇具有代表意義的神東公司大柳塔礦作為試驗礦井, 從礦井高產(chǎn)高效生產(chǎn)與安全管理的實際出發(fā), 集成歷史和現(xiàn)在的各種專題數(shù)據(jù)于三維統(tǒng)一空間基礎(chǔ)上的可視化環(huán)境中, 充分掌握信息管理過程中的信息獲取、處理、網(wǎng)絡(luò)成果共享、動態(tài)決策支
持等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和主要功能需要, 最終實現(xiàn)管理的網(wǎng)絡(luò)化目標(biāo)。Coa lM iner3D是一個開放式系統(tǒng), 其建立的三維可視化平臺為礦井的信息管理現(xiàn)代化打下了基礎(chǔ),其著眼點在為礦井生產(chǎn)的指揮決策和實時分析逼真模擬出復(fù)雜的地質(zhì)和工程條件, 宏觀上為決策管理的科學(xué)化提供了實現(xiàn)平臺。
[參考文獻(xiàn)]
[ 1 ] 北京國土資源遙感公司. 礦井三維可視化信息系統(tǒng)研究報告
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[ 4 ] 吳立新, 等. 礦業(yè)GIS基礎(chǔ)軟件Titan2MGIS總體設(shè)計[ R ].北京: 中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū).
[責(zé)任編輯: 鄒正立]