郭瑞東，王廣漢

（1.山東能源集團(tuán)棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司；2.準(zhǔn)格爾旗金正泰煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010399）

試分析煤礦地質(zhì)測量中空間信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

郭瑞東1，2，王廣漢1，2

（1.山東能源集團(tuán)棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司；2.準(zhǔn)格爾旗金正泰煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010399）

本文對煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)的基本功能、結(jié)構(gòu)體系和系統(tǒng)特點(diǎn)分別進(jìn)行了介紹，就該系統(tǒng)采集煤礦地質(zhì)測量空間信息數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)煤礦地質(zhì)測量GIS平臺、自動生成地質(zhì)測量圖紙三大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了展開討論，并說明了該系統(tǒng)的重要性和發(fā)展趨勢。

煤礦地質(zhì)；空間信息；技術(shù)

測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)現(xiàn)在之于我國的煤礦行業(yè)中已得到廣泛使用，其強(qiáng)大的功能讓煤礦生產(chǎn)的安全性和高效性都大幅提高，每一個煤礦行業(yè)工作者對該系統(tǒng)進(jìn)行了解都會大有裨益。

1 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)的簡述

1.1 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)基本功能的簡述

簡單而言，測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)是幫助煤礦地測工作實(shí)現(xiàn)信息化、產(chǎn)業(yè)化管理的一個信息系統(tǒng)平臺。展開來講，測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)是世界范圍內(nèi)煤礦行業(yè)中所使用的計(jì)算機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)及現(xiàn)狀被有關(guān)專家進(jìn)行充分的分析之后，吸取了世界上最為先進(jìn)的地理信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)GIS、最先進(jìn)的空間幾何分析先進(jìn)方法理論、最新的礦山專業(yè)課題研究的精髓的前提下而設(shè)計(jì)出的空間信息系統(tǒng)。其在有Windows運(yùn)行環(huán)境的前提之下，能直接生成出煤礦工作中的斷層數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、測點(diǎn)數(shù)據(jù)等煤礦基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)，并對保安煤柱圖、地質(zhì)勘探線的剖面圖、工作面任意方向剖面圖、采掘工程的平面圖、底板等高線圖、儲量計(jì)算圖等礦山地測工作中的各類地質(zhì)測量圖件進(jìn)行動態(tài)修改。該系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3G/4G傳輸技術(shù)、攝像技術(shù)共同支持下的產(chǎn)物，目前已成為我國煤礦行業(yè)相關(guān)工作的重要依靠。

數(shù)據(jù)管理功能模塊可以整理好礦井上、下測量中已獲得數(shù)據(jù)并將其輸入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，以前后距導(dǎo)線計(jì)算的方法，算出測量數(shù)據(jù)所對應(yīng)的成果。再加之以后距導(dǎo)線計(jì)算方法進(jìn)行核實(shí)校對，在經(jīng)過整理后將正確的成果輸入成果臺賬，從而使一個測量成果數(shù)據(jù)庫得以建立。

標(biāo)定解算功能模塊能在有三個已知測點(diǎn)時(shí)，測出三者間的水平夾角，將三點(diǎn)的坐標(biāo)以及所測得的水平夾角一同輸入計(jì)算機(jī)，算出其前方交會點(diǎn)、后方交會點(diǎn)或側(cè)方交匯點(diǎn)的坐標(biāo)。反過來，在已經(jīng)三點(diǎn)交會點(diǎn)坐標(biāo)的前提下，也能逆運(yùn)算得到三個點(diǎn)的坐標(biāo)位置。

數(shù)據(jù)查詢功能模塊能讓系統(tǒng)操作人員在選擇了工作地點(diǎn)和測點(diǎn)之后，就能得到其所對應(yīng)的坐標(biāo)、方位及標(biāo)高，數(shù)據(jù)儲存和維護(hù)的方式靈活，讓煤礦的各專業(yè)數(shù)據(jù)得以共享并實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)集成?？梢哉f，整個煤礦地質(zhì)測量中空間信息系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與穩(wěn)定性都因?yàn)橛辛藬?shù)據(jù)查詢功能模塊而大幅度增強(qiáng)。

圖形生成功能模塊是整個系統(tǒng)最為實(shí)用的功能模塊，其能夠利用已經(jīng)測得的數(shù)據(jù)生成出測量巷道剖面圖及等高線圖，圖像自動地實(shí)現(xiàn)水平、工作面及采區(qū)巷道位置關(guān)系空間處理。

1.2 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的簡述

測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)考慮了煤礦地質(zhì)測量的實(shí)際具體流程和要求，將煤礦地質(zhì)測量采掘的空間數(shù)據(jù)庫作為其數(shù)據(jù)來源的基礎(chǔ)，用戶的數(shù)據(jù)的獲取、存儲、處理和更新以及信息的提取與分析等行為只要在煤礦內(nèi)有在線網(wǎng)絡(luò)支持就能夠?qū)崿F(xiàn)，從而建立起各種專業(yè)的模型庫和圖形庫。完整的煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)一般情況下有三個組成層次，第一個組成層次用以測得煤礦地質(zhì)數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，包括錄入、查詢、匯總、修改和處理，最后生成出系統(tǒng)操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)所需的各種數(shù)據(jù)表格和專業(yè)圖紙。第二個組成層次則主要提供開放式的數(shù)據(jù)接口對接其他軟件，以Web在網(wǎng)絡(luò)支持的環(huán)境下瀏覽并查詢煤礦地質(zhì)的各種測量數(shù)據(jù)是其主要的實(shí)現(xiàn)手段。第三個組成層次是根據(jù)編制完成的各種圖紙和原始資料為煤礦的安全生產(chǎn)的決策提供依據(jù)。圖1為煤礦地質(zhì)測量中空間信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系簡化圖。

圖1 測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系簡化圖

1.3 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)的簡述

測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)將GIS軟件的高效、直觀、靈活的數(shù)據(jù)查詢、管理、空間綜合分析功能與Auto CAD軟件非常簡單而實(shí)用的圖形編輯功能完美地銜接在了一起，并采用時(shí)興的組件式開發(fā)技術(shù)，避免了繁瑣的系統(tǒng)維護(hù)工作，使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。而且因系統(tǒng)組件具有地質(zhì)測量特有的專業(yè)功能，使系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)用戶需求的不同而設(shè)定出個性化的定制功能。

煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)對空間數(shù)據(jù)庫完全支持，管理方式可靠而安全，煤礦的各專業(yè)數(shù)據(jù)在該系統(tǒng)中得以共享并實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)集成。用戶只需利用數(shù)據(jù)庫中的測量數(shù)據(jù)，就可以輕松延伸各水平、工作面及采區(qū)巷道，完成對各種巷道間立體空間交叉關(guān)系的處理。

煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)是利用各種控件構(gòu)成的，留有很多的二次開發(fā)接口，用戶日后能根據(jù)自身的需求進(jìn)行定制化的控件開發(fā)和系統(tǒng)升級完善。

該系統(tǒng)有交互式和全自動兩種方式可以矢量化煤礦的各種礦圖，過往難倒煤礦行業(yè)信息化工作者的數(shù)據(jù)難以采集的問題在該系統(tǒng)中得以完美的解決。

該系統(tǒng)中的符號庫依我國煤礦行業(yè)規(guī)范制定，滿足業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，其符號還可以與Auto CAD圖例庫中的符號相互轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)附帶圖例制作和管理工具，用戶亦能親自量身定制若干圖例加入到系統(tǒng)的符號庫中。系統(tǒng)有多樣的頁面排版模式，支持局部和全圖預(yù)覽及輸出打印功能，幾乎國內(nèi)市場上銷售的各種打印機(jī)和繪圖儀都能與該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。

煤礦所在處地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般都較為復(fù)雜，控制點(diǎn)又極少，煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)開發(fā)人員為此專門提出了適合煤礦行業(yè)工作使用的全新理論，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動構(gòu)成技術(shù)與修改技術(shù)完美融合。各種煤層底板等值線的生成和各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)如煤層頂?shù)装?、斷層、鉆孔等的礦山地質(zhì)模型構(gòu)建在該系統(tǒng)中都能輕而易舉的實(shí)現(xiàn)。

2 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的探討

2.1 關(guān)于采集煤礦地質(zhì)測量空間信息數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)的探討

在煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)中，采集信息數(shù)據(jù)一般都通過井下實(shí)測、勘探、遙感、全球定位系統(tǒng)GPS、數(shù)字?jǐn)z影燈手段來完成。而數(shù)據(jù)的組織則要依靠三種途徑，即建立煤礦地質(zhì)測量采掘等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、獲取現(xiàn)有專業(yè)圖紙中的數(shù)據(jù)、用其他軟件接口獲取所需數(shù)據(jù)三種途徑來實(shí)現(xiàn)。

在建立煤礦地質(zhì)測量采掘等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫這一途徑上來看，煤礦生產(chǎn)是一個活躍的動態(tài)過程，大量的實(shí)測資料會從生產(chǎn)過程中涌現(xiàn)出來，數(shù)據(jù)庫是僅有的煤礦生產(chǎn)管理的理想選擇。數(shù)據(jù)庫包含水文地質(zhì)、煤礦地質(zhì)、測量、儲量、采掘等基本信息，數(shù)據(jù)庫必須要讓系統(tǒng)用戶能輕松地完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查詢、修改、統(tǒng)計(jì)、錄入、報(bào)表等操作。且必須設(shè)立數(shù)據(jù)接口用以連接計(jì)算機(jī)的成圖系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠采用基于B-S 和C-S的兩極模式進(jìn)行管理，技術(shù)人員在地質(zhì)測量中通過C-S模式對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，完成數(shù)據(jù)的維護(hù)和動態(tài)修改。生產(chǎn)管理人員訪問和查詢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)則通過B-S模式來實(shí)現(xiàn)，從而針對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作。

在獲取現(xiàn)有專業(yè)圖紙中的數(shù)據(jù)方面，多年的煤礦開采工作已經(jīng)積累下來大量的生產(chǎn)圖紙和生產(chǎn)資料，從中可以獲得大量的有效信息，一半在獲取過往圖紙的數(shù)據(jù)時(shí)，要對其進(jìn)行矢量化處理來將圖紙中的信息轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)。

2.2 關(guān)于設(shè)計(jì)煤礦地質(zhì)測量GIS平臺的關(guān)鍵技術(shù)探討

OMT是一種面對對象的軟件開發(fā)方法，煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)就是利用OMT來對需要解決的問題進(jìn)行抽象處理，使相應(yīng)的簡化模型得以建立，讓問題空間的信息得以全面被系統(tǒng)捕捉。在設(shè)計(jì)煤礦地質(zhì)測量GIS平臺時(shí)，讓圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有層次結(jié)構(gòu)是比較理想的選擇，這樣不但能夠讓描述變得更為方便，管理也能變得更為簡單。圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的每一個對象都由其成員數(shù)據(jù)以及作用于成員數(shù)據(jù)的操作所構(gòu)成，Windows消息驅(qū)動結(jié)構(gòu)和OMT面對對象的技術(shù)在煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)中都被采用使得其軟件的開發(fā)從本質(zhì)上發(fā)生了飛躍。軟件的可操作性、模塊化、穩(wěn)定性以及代碼的可維護(hù)性、可重用性都因?qū)ο蟮睦^承性和封裝性而獲得了大幅的提高。

2.3 關(guān)于自動生成地質(zhì)測量圖紙的關(guān)鍵技術(shù)的探討

地質(zhì)測量圖紙不僅是地質(zhì)測量工作的成果展示，更是煤礦勘探、設(shè)計(jì)、開采、成產(chǎn)等一系列過程的重要依據(jù)和基本資料，通常而言，地質(zhì)測量圖紙分平面類圖、柱狀類圖和剖面類圖三大類。

平面類圖一般都會被用于表達(dá)點(diǎn)狀標(biāo)志、文字標(biāo)注和區(qū)域邊界等值線等。在處理平面類圖的過程當(dāng)中，復(fù)雜條件下TIN的自動生成、平面與剖面的自動對應(yīng)和動態(tài)修改、任意切剖面以及平面圖上的儲量與損失量的自動計(jì)算、工程平面圖上巷道的自動延伸、巷道空間交叉關(guān)系的自動處理等都是要解決的內(nèi)容。

地質(zhì)測量圖紙中最為規(guī)范的一種就是柱狀類圖，其能描述區(qū)域地層和鉆孔穿過地層且描述具有很強(qiáng)的說明性，巖層、地層系統(tǒng)、巖性符號的各欄說明文字間的關(guān)系協(xié)調(diào)是關(guān)鍵。除此之外，柱狀類圖紙的格式定義也是必須要考慮的內(nèi)容。

剖面類地質(zhì)圖需沿著主要石門和勘探的方向切繪完成，剖面圖所對應(yīng)的剖面上的煤層、含水層、標(biāo)志層和地質(zhì)界線的位置、井巷間的關(guān)系以及構(gòu)成形態(tài)都必須在圖紙上明確地反應(yīng)出來，剖面類地質(zhì)圖是研究和分析煤礦地質(zhì)構(gòu)造、進(jìn)行采掘設(shè)計(jì)、編制綜合圖紙、布置勘探生產(chǎn)工作、計(jì)算煤礦儲量的基礎(chǔ)資料和重要依據(jù)。

3 測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)重要性與發(fā)展趨勢

3.1 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)重要性的闡述

已經(jīng)有大量國內(nèi)外研究數(shù)據(jù)表明，在煤礦地質(zhì)的信息管理、處理、分析中運(yùn)用煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)，能很大程度上預(yù)防意外事件的發(fā)生并將重大災(zāi)害所帶來的損失減到最低。目前我國的煤礦行業(yè)采礦設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)管理部門已經(jīng)離不開該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與傳輸所提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，其讓煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)的構(gòu)建真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動化管理。一些基礎(chǔ)類圖紙的處理工作不再需要大量的人力來完成處理，僅僅依靠該系統(tǒng)就能自動完成，節(jié)省了大量的人力資源，也避免了圖紙上出現(xiàn)人為錯誤的可能性。從而煤礦開采工作也變得更為科學(xué)，不僅安全性大大提高，煤礦的生產(chǎn)率也得以成倍地提升。

3.2 關(guān)于測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢的闡述

未來幾年里，GPS、數(shù)字?jǐn)z影、地面物探、礦井物探、三維地質(zhì)勘探等技術(shù)肯定都會逐步融入到煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)的應(yīng)用功能當(dāng)中，系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)會更大程度上得到完善。該系統(tǒng)提供的信息資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)肯定會變得越來越精確，礦井物探、瓦斯、地壓、測井等多元地質(zhì)信息肯定會有機(jī)融入到系統(tǒng)當(dāng)中。信息的分析和處理形式肯定會更加多樣化，呈現(xiàn)出圖像、聲音、文字、音頻等相結(jié)合的多媒體特點(diǎn)。系統(tǒng)的操作會變得更加簡單而快速，地質(zhì)測量圖像及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢管理也應(yīng)該能夠得以實(shí)現(xiàn)，不僅如此，系統(tǒng)的集成化特點(diǎn)也會表現(xiàn)得更加突出。系統(tǒng)肯定將變得更加智能化，將會針對數(shù)據(jù)為用戶在做決策的過程中智能化地提供一些可供參考意見。

4 結(jié)束語

測量煤礦地質(zhì)空間信息的信息系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)信息的方式恰當(dāng)對如今煤礦行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)管理上要求予以了滿足，充分考慮了煤礦地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的活躍性、動態(tài)性和不確定性，為用戶在做相關(guān)決策時(shí)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，有效保障了煤礦生產(chǎn)過程的安全并讓煤礦行業(yè)的生產(chǎn)效率有了大幅提高。本文的探討甚為粗淺，更為完善的理論還有待廣大相關(guān)工作者深入探究之后建立。

［1］劉永高.煤礦地質(zhì)測量空間信息系統(tǒng)及發(fā)展趨勢分析［J］.科技與企業(yè)，2012，05：94.

［2］蘇艷民，姜雁.空間信息系統(tǒng)在煤礦地質(zhì)測量中的技術(shù)研究［J］.黑龍江科技信息，2010，26：81.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.055