謝曉波

摘要：為響應(yīng)推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化的要求，進(jìn)行礦區(qū)數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)與地質(zhì)資料的收集與整理，以保證數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)一，構(gòu)建地質(zhì)地理信息系統(tǒng)，以有利于以推動地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資料的共享性，提高精確度。

關(guān)鍵詞：煤礦地質(zhì)；地理信息系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)在我國普及開來，在我國多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，有效降低工作人員的工作量，提高安全系數(shù)。為積極響應(yīng)“推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化”[1]發(fā)展的工作要求，根據(jù)資源部門的方案，積極收集與整理本區(qū)域1：20萬的地質(zhì)資料、礦區(qū)數(shù)據(jù)以及地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫等，以保證地質(zhì)資料數(shù)據(jù)的一致性，積極進(jìn)行信息系統(tǒng)的建設(shè)，以推動地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化工作的發(fā)展，打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但是現(xiàn)階段我國煤礦地質(zhì)部門還沿用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理形式，不僅管理效果不明顯，反而會對煤礦數(shù)據(jù)的存儲、使用與檢索等造成阻礙，因此需提高信息系統(tǒng)建設(shè)的力度，以滿足信息系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。

一、煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國外的煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)是在ArcGIS桌面的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種二次開發(fā)，對現(xiàn)存的地理信息進(jìn)行充分利用，例如：鉆探資料、TIN、DEM等，能夠根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料構(gòu)建二維地質(zhì)畫面[2]，但對地質(zhì)空間模型的探究力度相對不足。受到數(shù)據(jù)空間模型支持、制圖規(guī)范化等因素的影響，阻礙信息共享與存儲管理的發(fā)展?，F(xiàn)階段，人們對于煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)的還未有明確的定義，但實際上，它涉及到多個學(xué)科，例如地質(zhì)學(xué)、計算機(jī)、采礦學(xué)等，且在制圖過程中又需使用制圖軟件CAD，但是在信息共享與復(fù)雜空間分析中存在嚴(yán)重不足。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS技術(shù)被應(yīng)用到煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)中，推動煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。GIS具有以下優(yōu)勢：①界面統(tǒng)一：操作功能均在用戶界面有所體現(xiàn)，不僅操作簡單，而且極為靈活，例如：輸入輸出、三維可視化、地質(zhì)信息管理等；②權(quán)限統(tǒng)一：根據(jù)煤礦生產(chǎn)的流程，制定針對性的管理權(quán)限，推動信息管理向著無紙化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展；③三維化：凡是煤礦區(qū)域中的對象，均能夠三維建模，并進(jìn)行儲量計算與剖切分析；④數(shù)據(jù)統(tǒng)一：通過一體化數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理煤礦信息系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)信息的一致性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。[3]

二、煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)

1、面向?qū)ο笤O(shè)計

建模語言統(tǒng)一主要是利用文檔化、構(gòu)造、可視化的語言對存在于軟件密集型系統(tǒng)中的制品進(jìn)行描述。早在1997年，對象管理組織就針對統(tǒng)一建模語言進(jìn)行了規(guī)范，主要是為設(shè)計人員提供統(tǒng)一的設(shè)計與軟件開發(fā)用語。統(tǒng)一建模語言的使用，為開發(fā)設(shè)計人員的系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計進(jìn)行了規(guī)劃。隨著時間的不斷推移，統(tǒng)一建模語言[4]已得到普遍的認(rèn)可，不僅提高了工作人員間的溝通與交流，而且能夠及時發(fā)現(xiàn)疏漏與錯誤，以提高設(shè)計成果的準(zhǔn)確性與精確性。例如：在本次煤礦區(qū)域地質(zhì)圖設(shè)計整理過程中，工作人員根據(jù)實際的地層對其進(jìn)行合理、適當(dāng)?shù)慕诌吪c合并處理，以有效解決現(xiàn)有地質(zhì)圖中存在的數(shù)據(jù)庫建設(shè)問題以及投影信息等，以完善我國地理底圖中的數(shù)據(jù)資料，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)使用同一的花紋庫、色庫、線型庫、符號庫等。

2、空間數(shù)據(jù)庫模型

在煤礦基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集過程中，工作人員需對通風(fēng)線路圖、運輸線路圖、排水線路圖、機(jī)電設(shè)備配置圖等數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集，并以此為依據(jù)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的符號庫，以整合多元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[5]，提高數(shù)據(jù)資料的利用率。煤礦井下地理坐標(biāo)的獲取是利用地面控制點使用一定的方式進(jìn)行導(dǎo)入，例如斜井定向、豎井定向等。在本次數(shù)據(jù)收集中使用北京54坐標(biāo)，以提高獲取數(shù)據(jù)資料的精確性。煤礦在日常生產(chǎn)過程中，存在規(guī)模較大的空間數(shù)據(jù)，可利用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。

3、多元數(shù)據(jù)處理

（1）編制地質(zhì)圖件與錄入數(shù)據(jù)

在煤礦正常生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的紙質(zhì)文檔與圖件，且有的紙質(zhì)文檔與圖件的歷史較為久遠(yuǎn)，煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)需要日常管理這些數(shù)據(jù)資料，同時，還需整合GIS系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)信息。紙質(zhì)文件、圖件進(jìn)行掃描，表格數(shù)據(jù)進(jìn)行重新錄入。數(shù)據(jù)資料中存在的地形圖與鉆孔柱狀圖的完成需以下3個步驟：①手工繪制，并掃描底圖，然后再利用計算機(jī)進(jìn)行編輯；②通過圖系統(tǒng)軟件自動轉(zhuǎn)化為圖；③利用人際交互式方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。不僅大大降低工作人員的工作量，而且還大大提高工作效率[6]。

（2）格式不同數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

現(xiàn)階段，我國煤礦多使用CAD進(jìn)行繪制，因此大部分格式是dwg，有時為了GIS系統(tǒng)的信息分析與管理，需要在CAD的基礎(chǔ)上提取信息，例如：地形等高線、控制點、鉆孔點等，利用ArcGIS[7]轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也可通過FME轉(zhuǎn)換煤礦數(shù)據(jù)。受到數(shù)據(jù)組織方式的影響，需在重組的過程中進(jìn)行分層，也可使用人工對數(shù)據(jù)資料中的錯誤進(jìn)行處理。

（3）文件版本的控制

為了能夠有效管理煤礦相關(guān)的地質(zhì)圖件，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中特意增加文件版本控制，能夠把煤礦制圖中存在的GIS圖件或是CAD圖件進(jìn)行壓縮后，傳送至FTP服務(wù)器或是Oracle服務(wù)器中，利用Hash算法對文件對應(yīng)的Hash值進(jìn)行計算，同時確定其是否需要更新，同時該模塊還具備下載、上傳以及查詢等功能。

三、在GIS煤礦信息可視化的基礎(chǔ)上分析空間

在煤礦地質(zhì)工作過程中，必不可少的基礎(chǔ)資料是地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)與地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)，近年來一直在GIS煤礦信息可視化的基礎(chǔ)上進(jìn)行?，F(xiàn)階段，我國地質(zhì)領(lǐng)域中很少使用ArcGIS，主要是因為發(fā)展還未完善，受到煤礦地質(zhì)較為復(fù)雜的影響，可視化與空間分析存在很高難度。例如煤層不完整、地質(zhì)不連續(xù)等均會大大增加建模的難度。現(xiàn)階段，我國普遍使用分塊與嚴(yán)格限定邊界等方法進(jìn)行處理，分塊的實質(zhì)也是對邊界進(jìn)行限定，但是需保證限定區(qū)域之間的連通性。限定邊界看似簡單，但是對數(shù)據(jù)算法與預(yù)處理提出更高的要求，需要進(jìn)行后期處理。煤礦地質(zhì)建模流程圖見圖一：endprint

圖一 煤礦地質(zhì)建模流程圖

1、鉆探信息的可視化

對鉆探數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化：測斜數(shù)據(jù)、鉆探、基礎(chǔ)鉆孔數(shù)據(jù)，以真實有效的顯示煤層與鉆孔的三維空間分布情況，表格之間是利用鉆孔編號進(jìn)行構(gòu)建與聯(lián)系的，但實際上，各表內(nèi)容具有獨立性[8]，只是在邏輯方面存在關(guān)聯(lián)性，能夠有效消除數(shù)據(jù)資料的冗余性。三維鉆孔準(zhǔn)狀突需利用鉆探分層厚度進(jìn)行偏移量的設(shè)置，以測斜數(shù)據(jù)為例，詳細(xì)情況見圖二：

字段名稱 類型 空 備注

Partld（分段編號） Int 否 隨著測斜分段工作進(jìn)程的推進(jìn)，順序變大

Dip（傾角） Doublc 否 該點與下點之間的夾角

Holcld（鉆孔編號） String 否 鉆孔編號

Dcpth（測斜深度） Doublc 否

Azimuth（方位角） Doublc 否 該點與下點之間的方位角

圖二 測斜數(shù)據(jù)圖

2、表面建模法

（1）空間插值方法

煤礦區(qū)域中煤床儲量與空間分布遵循礦產(chǎn)資源具備的規(guī)律[9]，嚴(yán)重影響我國礦山的資金投入情況。在探究煤礦經(jīng)濟(jì)性與可行性評價過程中，需要優(yōu)化煤礦礦山設(shè)計規(guī)劃，否在會對煤礦決策產(chǎn)生不良影響，影響煤礦正常的開采計劃。在實際操作過程中，煤礦地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取過程中受到監(jiān)測技術(shù)的影響，因此只能得到采樣點位置的地質(zhì)數(shù)據(jù)，需要工作人員根據(jù)已有的數(shù)據(jù)資料對整個煤礦區(qū)域中的抵制進(jìn)行推算。空間插值主要是根據(jù)已知數(shù)據(jù)治療對整個煤礦地區(qū)中的地質(zhì)特點進(jìn)行推斷，以提高數(shù)據(jù)資料的密度與質(zhì)量，要求工作人員需要熟練掌握地質(zhì)空間規(guī)律，對煤層底板與品位計算進(jìn)行等高線生成。工作人員可依據(jù)鉆桿與鉆孔獲取煤層底板中通過標(biāo)高的空間插值，從而計算出煤層厚度與煤層底板的等值線。

（2）等值線法

與煤礦地質(zhì)有關(guān)的等值線類型包括多種，例如：煤礦底板等高線、煤層厚度等值線、地形表面等高線、巖層底板等值線等。其中地形等高線主要是對煤礦表面的表示，等高線是指具備同等高程值的線。而等值線[10]在煤礦中的使用，大大降低獲取數(shù)據(jù)信息的難度，因此我國的地形圖中普遍使用此種方法。例如，首曲線也可稱為等高線，是指根據(jù)地質(zhì)等高的要求進(jìn)行等高線的繪制，一般使用0.1mm的細(xì)實線表示；計曲線主要是為了方便閱讀，每間隔四根等高線，就需進(jìn)行一根等高線的加粗，加粗的等高線就屬于計曲線，一般粗度為0.2mm，以便于兩點之間高差以高程的計算。

四、煤礦地質(zhì)地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

在實際操作中，涉及到本區(qū)域的有關(guān)于1：20萬的地質(zhì)圖總共存在53幅，因此工作人員對其進(jìn)行查閱，并使用1956年黃海高程系進(jìn)行煤礦地質(zhì)地理信息的繪制。本區(qū)域位于東經(jīng)105—111°，北緯31—40°的區(qū)域中，存在六度分帶2個，利用北京54坐標(biāo)系進(jìn)行，使用高斯—克呂格橫切橢圓柱作為角投影使用。

以對本區(qū)域中各個縣市的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查完畢，并構(gòu)建了區(qū)劃空間數(shù)據(jù)庫，其中包括地質(zhì)災(zāi)害點屬性數(shù)據(jù)與地質(zhì)災(zāi)害分布、易發(fā)區(qū)等，相關(guān)圖形數(shù)據(jù)通過MAPGI6.7的格式進(jìn)行儲存。

在完成本區(qū)域中的煤礦核查工作后，也對礦區(qū)范圍的界限進(jìn)行明確，原數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)系文本文件進(jìn)行保存，而在本次操作中，工作人員統(tǒng)一整理了煤礦范圍界限，并對其進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，錄入、套合、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整理等操作。

現(xiàn)階段，我國地質(zhì)圖數(shù)據(jù)是通過MapGIS平臺格式進(jìn)行儲存，但是在集群化產(chǎn)業(yè)項目中確是以ARCGIS平臺存在，因此在數(shù)據(jù)入庫前，需對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換前后的命名與儲存。

結(jié)語：

綜上所述，煤礦地質(zhì)地理信息的獲取難度較大，因此需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)圖形等進(jìn)行管理，這就促使其向著信息服務(wù)集群化、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展，滿足煤礦地質(zhì)信息操作中的需求，提高了煤礦信息的可視化，并將所檢測到的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息通過二維、三維圖形提供給用戶，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。

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