焦步青

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 地質(zhì)測(cè)量中心 山西 朔州 036000）

中煤平朔集團(tuán)有限公司作為中煤能源集團(tuán)公司旗下的核心生產(chǎn)企業(yè)，是我國(guó)規(guī)模最大的露井聯(lián)采煤炭企業(yè)，建礦30 多年來(lái)積累了大量空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及地測(cè)專題數(shù)據(jù)，且隨著大型無(wú)人機(jī)航測(cè)體系在平朔露天礦采剝工程驗(yàn)收工作中的成功應(yīng)用，空間數(shù)據(jù)的獲取方式變得更加準(zhǔn)確、便捷，具備了地理信息系統(tǒng)平臺(tái)的建立條件。中煤平朔集團(tuán)礦區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)地面影像數(shù)據(jù)、測(cè)繪矢量數(shù)據(jù)以及地測(cè)資料數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，具備了空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、定位共享、簡(jiǎn)單測(cè)圖測(cè)距及打印功能，解決了平朔公司測(cè)繪資料管理、發(fā)布共享、信息管理等諸多問(wèn)題。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1）二維地理信息模塊。整合了圖層管理、常用工具、數(shù)據(jù)管理、查詢定位及統(tǒng)計(jì)分析功能，實(shí)現(xiàn)了各類影像數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)的瀏覽，分屏對(duì)比展示，歷史月度航測(cè)數(shù)據(jù)管理，地形圖數(shù)據(jù)管理，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)互查，實(shí)際采剝量按時(shí)間、礦區(qū)等條件的統(tǒng)計(jì)分析，各類實(shí)際量、計(jì)劃量的對(duì)比分析。

2）三維地理信息模塊。整合了圖層管理、常用工具、飛行管理及視頻管理功能，實(shí)現(xiàn)了月度航測(cè)數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)聯(lián)合瀏覽，可以直觀感受礦區(qū)地形變動(dòng)幅度。

3）資料管理模塊。提供了各類生產(chǎn)資料的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了資料的分類、增加、編輯和刪除。系統(tǒng)數(shù)據(jù)由2 個(gè)PC 端及移動(dòng)端進(jìn)行發(fā)布?；? 個(gè)客戶端，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)注位置的定位、信息推送、現(xiàn)場(chǎng)信息采集等管理功能。同時(shí)，系統(tǒng)預(yù)留了可擴(kuò)展接口，可以滿足其他系統(tǒng)獲取地理信息數(shù)據(jù)的需求。

2 總體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

中煤平朔集團(tuán)礦區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)分為：基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、服務(wù)平臺(tái)3 層架構(gòu)[1-2]，以及在此基礎(chǔ)上為其他專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)預(yù)留的數(shù)據(jù)接口。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1）基礎(chǔ)設(shè)施層。該層是系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，包括軟硬件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)、通訊、開(kāi)源地圖等。

2）數(shù)據(jù)中心層。該層是1 個(gè)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所建立的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，包括GIS 數(shù)據(jù)、DWG 數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等。

3）服務(wù)平臺(tái)層。該層主要包括門戶網(wǎng)站、專業(yè)系統(tǒng)接口、電子地圖等。

4）專業(yè)應(yīng)用層。該層是礦區(qū)各項(xiàng)專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的集合，是1 個(gè)開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，可在此基礎(chǔ)上不斷添加建設(shè)專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

數(shù)據(jù)生產(chǎn)及維護(hù)管理流程如圖2。

圖2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)及維護(hù)管理流程

1）空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包括開(kāi)源電子地圖數(shù)據(jù)、航測(cè)影像數(shù)據(jù)、地面數(shù)字高程數(shù)據(jù)、月度采剝位置數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、供電線路數(shù)據(jù)等，上述數(shù)據(jù)按更新周期分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2）歷史數(shù)據(jù)及專題數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包括采掘工程平面圖、剝離量發(fā)文、月度航測(cè)點(diǎn)云、礦權(quán)資料、地質(zhì)資料等，上述數(shù)據(jù)按更新周期分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

1）服務(wù)器部署ArcGIS Server Enterprisie V10.7 標(biāo)準(zhǔn)版。包括以Web 為中心的全功能制圖和分析平臺(tái)，能夠?qū)?shù)據(jù)、分析功能等地理資源發(fā)布為服務(wù)，并在門戶組件中集中組織與管理，支持邏輯示意圖分析。

2）數(shù)據(jù)制作采用ArcGIS desktop-V10.7 標(biāo)準(zhǔn)版+3D擴(kuò)展軟件。具備數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)建模功能，可有效顯示和分析表明數(shù)據(jù)，具備三維可視化和地形建模[3]。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)采用甲骨文公司Oracle 11g 標(biāo)準(zhǔn)版。該軟件具有開(kāi)放性、并行性、安全性、性能最高、操作簡(jiǎn)單、使用風(fēng)險(xiǎn)較低等特點(diǎn)。

3 二維地理信息系統(tǒng)

3.1 主要顯示內(nèi)容

基于山西天地圖實(shí)現(xiàn)了矢量、影像底圖服務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了從1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶5 000 到1∶10 000、1∶50 000、1∶100 000∶1∶500 000、1∶1 000 000等各種比例尺的地形圖數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)了分辨率從0.2、0.5、1.0、2.5、5～10、15、30、50、100 m 等航片數(shù)據(jù)，以及各種比例尺的專題圖形數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)金字塔規(guī)則處理和組織后平臺(tái)提供瓦片數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從宏觀、中觀、微觀多個(gè)級(jí)別的無(wú)縫瀏覽，自動(dòng)平滑調(diào)用最適合的比例尺圖形推至用戶面前[4]。

1）基于山西天地圖及高德地圖的矢量、影像地圖服務(wù)，其中天地圖影像數(shù)據(jù)為默認(rèn)數(shù)據(jù)。平朔礦區(qū)2010 年、2019 年2 次全礦區(qū)范圍航測(cè)影像，其中2019年最新期數(shù)據(jù)設(shè)置為默認(rèn)打開(kāi)模式。

2）以平朔公司月度無(wú)人機(jī)航測(cè)影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)折射糾正、拼接、融合、影像金字塔構(gòu)建及切片緩存等多種處理后進(jìn)行展示的露天礦影像數(shù)據(jù)，其中最近12 個(gè)月的露天礦航測(cè)影像數(shù)據(jù)在圖層中進(jìn)行展示，最新1 期影像數(shù)據(jù)為默認(rèn)數(shù)據(jù)，其余影像數(shù)據(jù)歸入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理及調(diào)用。

3）平朔礦區(qū)礦權(quán)信息。①土地權(quán)屬信息、與露天礦生產(chǎn)相關(guān)的周邊行政村信息及責(zé)任區(qū)劃分信息；②露天礦主采煤層歷史開(kāi)采范圍；③全礦區(qū)鉆孔信息：該信息基于平朔礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編制錄入，包括鉆孔孔號(hào)、平面位置、開(kāi)孔高程及終孔深度、鉆孔類型，并將鉆孔柱狀圖與鉆孔信息進(jìn)行了掛接[5]。

4）煤礦專題數(shù)據(jù)。①以DLG 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合重點(diǎn)區(qū)域測(cè)繪信息對(duì)礦區(qū)內(nèi)外主要道路、鐵路專用線、110/35/6 kV 供電線路、主要建筑物及露天礦平盤注記等煤礦專題數(shù)據(jù)進(jìn)行展示；②露天礦年度復(fù)墾計(jì)劃及月度實(shí)際復(fù)墾完成信息；③儲(chǔ)量信息；④線劃圖數(shù)據(jù)：為方便操作者對(duì)不同要素的使用需求，同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)容量及切片速度，對(duì)線劃圖中涉及不同要素進(jìn)行了分類處理發(fā)布。

3.2 圖層管理

3.2.1 圖層操作及展示

在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)使用需求的不斷增加，圖層展示內(nèi)容必將不斷豐富，考慮不同操作者關(guān)注的圖層信息不同，不能簡(jiǎn)單采用全部開(kāi)關(guān)或分類選擇的辦法進(jìn)行操作，因此，為方便操作者執(zhí)行圖層操作功能，圖層管理通過(guò)勾選操作的方式選擇圖層的可見(jiàn)性，操作者可以根據(jù)不同需求選擇其關(guān)注信息，圖層依據(jù)操作者的選擇順序進(jìn)行依次展示。同時(shí)考慮多種要素?cái)?shù)據(jù)可見(jiàn)性及頁(yè)面美觀性，圖層中所有要素均采取了無(wú)填充模式，僅以邊界色彩作為區(qū)分標(biāo)志。

3.2.2 圖層數(shù)據(jù)管理

平朔礦區(qū)空間數(shù)據(jù)種類繁多，測(cè)繪基準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。其中大多數(shù)空間數(shù)據(jù)為AutoCAD格式的制圖數(shù)據(jù)，制圖格式的數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)所采用的GIS 數(shù)據(jù)格式有著較大的差別，前者的主要目的是制圖，后者主要目的是數(shù)據(jù)管理與空間分析，要實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享服務(wù)，必須對(duì)CAD 格式的數(shù)據(jù)按照空間數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，因此數(shù)據(jù)管理首先要解決的就是建立GIS 格式的空間數(shù)據(jù)并將所有數(shù)據(jù)附帶用以存儲(chǔ)幾何體的屬性信息。

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理。通過(guò)對(duì)CAD 數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整、拓?fù)涮幚怼傩話旖拥裙ぷ?，將傳統(tǒng)意義上的制圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以賦予更多內(nèi)容的地理信息數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)分類分級(jí)。將各種空間數(shù)據(jù)按照不同的類型（如地形圖、影像圖、多媒體）、專業(yè)（地測(cè)、地質(zhì)、水文）、尺度（比例尺、投影坐標(biāo)系）、時(shí)間（如成圖時(shí)間）及應(yīng)用需求進(jìn)行分類處理，定義不同的顯示范圍和內(nèi)容。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。對(duì)采集的各種比例尺的圖件進(jìn)行坐標(biāo)變換，形成統(tǒng)一的滿足國(guó)家要求的2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系。

3.2.3 圖層應(yīng)用

1）地圖瀏覽。系統(tǒng)提供了滾輪縮放、指定位置點(diǎn)擊縮放、全圖及鷹眼瀏覽模式，通過(guò)對(duì)各種瀏覽模式的聯(lián)合應(yīng)用可以直觀了解全局與局部的關(guān)系，同時(shí)在執(zhí)行了一系列操作后可以快速還原到礦區(qū)全視域范圍。

2）測(cè)距側(cè)面。平朔礦區(qū)地理信息服務(wù)平臺(tái)是面向公司多個(gè)單位開(kāi)放的，基于可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫瀏覽的地圖頁(yè)面，操作者可根據(jù)需求，采用鼠標(biāo)左鍵連續(xù)點(diǎn)擊被測(cè)位置的方式進(jìn)行多點(diǎn)間距離量測(cè)，并可采用鼠標(biāo)左鍵單擊的方式指定量測(cè)位置并進(jìn)行面積量測(cè)，量測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行頁(yè)面展示。此功能的使用不僅極大地減輕了測(cè)繪人員的工作量，而且為其他無(wú)地形數(shù)據(jù)的單位提供了更加便捷的數(shù)據(jù)獲取方式。

3）地圖刷新。在進(jìn)行了一系列地圖操作后，可通過(guò)點(diǎn)擊刷新鍵對(duì)頁(yè)面信息進(jìn)行一鍵清理，使頁(yè)面還原至默認(rèn)狀態(tài)。

4）查詢定位。在露天礦生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，采剝工程位置、采剝計(jì)劃及工程量、煤層賦存情況及進(jìn)一步勘探計(jì)劃一直是最重要的信息之一。因此，在系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，充分考慮了系統(tǒng)操作者的使用目的及關(guān)注內(nèi)容，開(kāi)發(fā)了查詢定位功能模塊。該模塊主要包括：采剝位置查詢、綜合查詢、空間查詢、鉆孔查詢及地圖定位。其中采剝位置查詢是查詢定位功能開(kāi)發(fā)的核心，該模塊以采剝工程月度計(jì)劃及采剝量計(jì)算信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括采剝時(shí)間、作業(yè)設(shè)備、剝離物性狀、作業(yè)平盤、面積、厚度、采剝量等。通過(guò)采剝位置查詢，可快速獲得指定時(shí)間段計(jì)劃采剝及實(shí)際采剝位置對(duì)比圖、了解關(guān)注區(qū)域或設(shè)備的開(kāi)采情況，為生產(chǎn)部署提供數(shù)據(jù)支持。

5）統(tǒng)計(jì)分析。基于圖層數(shù)據(jù)，對(duì)采剝工程所關(guān)注的采剝量、計(jì)劃及實(shí)際完成對(duì)比等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，且為方便操作者對(duì)不同要素的統(tǒng)計(jì)需求，開(kāi)發(fā)了以時(shí)間、礦區(qū)及統(tǒng)計(jì)要素等多個(gè)查詢要條件的查詢方式，各查詢方式可單獨(dú)選擇、也可作為復(fù)選項(xiàng)聯(lián)合選擇，查詢結(jié)果以柱狀圖及表格兩種方式進(jìn)行展示，頁(yè)面清晰明了。

6）信息標(biāo)注。為PC 端及移動(dòng)端聯(lián)合使用功能。授權(quán)操作者可在地圖上對(duì)關(guān)注信息進(jìn)行添加、刪除和修改，并通過(guò)標(biāo)注信息發(fā)布的方式直接將信息對(duì)授權(quán)操作者進(jìn)行共享，為會(huì)商、應(yīng)急救援、維修維護(hù)等工作提供數(shù)據(jù)支持。

7）地圖打印。該功能主要為解決操作者簡(jiǎn)單標(biāo)注后打印出圖而進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。當(dāng)操作者在進(jìn)行測(cè)距、測(cè)面或?qū)χ攸c(diǎn)關(guān)注區(qū)域進(jìn)行定位標(biāo)定后，可方便對(duì)所選擇的區(qū)域進(jìn)行不同比例尺及不同像素需求的輸出，基本可以解決CAD 制圖依賴問(wèn)題，使沒(méi)有制圖經(jīng)驗(yàn)的人員也可獨(dú)立完成簡(jiǎn)單標(biāo)記及打印工作。

4 三維地理信息系統(tǒng)

在二維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)2019 年平朔礦區(qū)航測(cè)數(shù)字高程模型、露天礦月度無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)字高程模型進(jìn)行金字塔規(guī)則處理、按照規(guī)則進(jìn)行切片后，提供支持無(wú)縫瀏覽的三維地圖瓦片服務(wù)[6]。

1）三維地圖。在三維地圖中可通過(guò)對(duì)圖層列表單獨(dú)選擇查看不同時(shí)間段露天礦及周邊區(qū)域的是三維地圖、也可通過(guò)分屏模式對(duì)比查看不同時(shí)間段同一區(qū)域的地形變化情況，同時(shí)可與二維地理信息系統(tǒng)在分屏對(duì)比分析中聯(lián)合使用用以確定關(guān)注區(qū)域的地形情況[7]。

2）三維剖面分析。露天礦邊坡角是礦山安全生產(chǎn)的重要指標(biāo)，為滿足操作者快速量取邊坡角的目的，在三維地理信息系統(tǒng)中，操作者可采用點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵的方式對(duì)目標(biāo)區(qū)待測(cè)位置剖面角進(jìn)行量測(cè)，剖面角及剖面圖可實(shí)時(shí)在頁(yè)面進(jìn)行展示。

5 Pmis 管理系統(tǒng)

MIS（管理信息系統(tǒng)--Management Information System）系統(tǒng)，指進(jìn)行日常事務(wù)操作的系統(tǒng)。主要用于管理需要的記錄，并對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，將處理的信息及時(shí)反映給管理者的1 套網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。中煤平朔集團(tuán)平朔礦區(qū)地理信息系統(tǒng)作為面向公司內(nèi)部多家單位開(kāi)放并提供基礎(chǔ)服務(wù)的平臺(tái)，MIS 系統(tǒng)的建立是保障信息安全性及維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要組成部分[8-9]。該系統(tǒng)采用BS 架構(gòu)，主要功能包括：

1）對(duì)操作者分類并進(jìn)行權(quán)限設(shè)定。按照公司不同部門對(duì)信息數(shù)據(jù)的瀏覽權(quán)限，將操作者劃分為管理員、數(shù)據(jù)錄入員、技術(shù)員及瀏覽用戶。根據(jù)不同用戶的權(quán)限設(shè)定，各類用戶僅能對(duì)該類用戶設(shè)定功能可見(jiàn)，使操作者頁(yè)面更見(jiàn)簡(jiǎn)潔明了。

2）對(duì)可見(jiàn)圖層進(jìn)行權(quán)限設(shè)定。根據(jù)操作者分類及權(quán)限設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同操著者可見(jiàn)圖層進(jìn)行分類設(shè)定，圖層設(shè)定后各類操作者僅能對(duì)設(shè)定圖層可見(jiàn)，保障的數(shù)據(jù)的安全性。

3）數(shù)據(jù)發(fā)布。當(dāng)數(shù)據(jù)錄入員進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)后，數(shù)據(jù)按照權(quán)限進(jìn)行逐級(jí)審批后由管理員統(tǒng)一進(jìn)行地址配置并發(fā)布，保障的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4）操作記錄。當(dāng)操作人員在平臺(tái)進(jìn)行操作后，MIS系統(tǒng)會(huì)對(duì)所有動(dòng)作進(jìn)行記錄，進(jìn)一步保障了數(shù)據(jù)的安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

中煤集團(tuán)平朔礦區(qū)地理信息系統(tǒng)作為智能化礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，已經(jīng)基本完成了前期系統(tǒng)建設(shè)并具備了部分查詢、分析及展示等功能，在后期的運(yùn)行過(guò)程中將不斷探索三維地理信息系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用方向，并通過(guò)不斷豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容擴(kuò)展二維地理信息系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象，同時(shí)作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為智能化礦山建設(shè)其他子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。