焦步青

（中煤平朔集團有限公司 地質測量中心 山西 朔州 036000）

中煤平朔集團有限公司作為中煤能源集團公司旗下的核心生產企業(yè)，是我國規(guī)模最大的露井聯(lián)采煤炭企業(yè)，建礦30 多年來積累了大量空間數據、基礎地理數據及地測專題數據，且隨著大型無人機航測體系在平朔露天礦采剝工程驗收工作中的成功應用，空間數據的獲取方式變得更加準確、便捷，具備了地理信息系統(tǒng)平臺的建立條件。中煤平朔集團礦區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺的建設，實現了礦區(qū)地面影像數據、測繪矢量數據以及地測資料數據的統(tǒng)一管理，具備了空間數據的瀏覽、查詢、分析、統(tǒng)計、定位共享、簡單測圖測距及打印功能，解決了平朔公司測繪資料管理、發(fā)布共享、信息管理等諸多問題。

1 系統(tǒng)構成

1）二維地理信息模塊。整合了圖層管理、常用工具、數據管理、查詢定位及統(tǒng)計分析功能，實現了各類影像數據、專題數據的瀏覽，分屏對比展示，歷史月度航測數據管理，地形圖數據管理，空間數據與屬性數據互查，實際采剝量按時間、礦區(qū)等條件的統(tǒng)計分析，各類實際量、計劃量的對比分析。

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，實現了月度航測數據、高程數據聯(lián)合瀏覽，可以直觀感受礦區(qū)地形變動幅度。

3）資料管理模塊。提供了各類生產資料的統(tǒng)一管理，實現了資料的分類、增加、編輯和刪除。系統(tǒng)數據由2 個PC 端及移動端進行發(fā)布。基于2 個客戶端，可以實現關注位置的定位、信息推送、現場信息采集等管理功能。同時，系統(tǒng)預留了可擴展接口，可以滿足其他系統(tǒng)獲取地理信息數據的需求。

2 總體架構

2.1 系統(tǒng)架構

中煤平朔集團礦區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺分為：基礎設施、數據中心、服務平臺3 層架構[1-2]，以及在此基礎上為其他專業(yè)應用系統(tǒng)預留的數據接口。系統(tǒng)架構如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構

1）基礎設施層。該層是系統(tǒng)建設和運行的基礎，包括軟硬件平臺、網絡、通訊、開源地圖等。

2）數據中心層。該層是1 個按照統(tǒng)一的標準規(guī)范所建立的數據倉庫，包括GIS 數據、DWG 數據、文本數據等。

3）服務平臺層。該層主要包括門戶網站、專業(yè)系統(tǒng)接口、電子地圖等。

4）專業(yè)應用層。該層是礦區(qū)各項專業(yè)應用系統(tǒng)的集合，是1 個開放式的結構，可在此基礎上不斷添加建設專業(yè)應用系統(tǒng)。

2.2 數據生產流程

數據生產及維護管理流程如圖2。

圖2 數據生產及維護管理流程

1）空間地理數據庫。該數據庫包括開源電子地圖數據、航測影像數據、地面數字高程數據、月度采剝位置數據、鉆孔數據、道路數據、供電線路數據等，上述數據按更新周期分為靜態(tài)數據和動態(tài)數據。

2）歷史數據及專題數據庫。該數據庫包括采掘工程平面圖、剝離量發(fā)文、月度航測點云、礦權資料、地質資料等，上述數據按更新周期分為靜態(tài)數據和動態(tài)數據。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺

1）服務器部署ArcGIS Server Enterprisie V10.7 標準版。包括以Web 為中心的全功能制圖和分析平臺，能夠將數據、分析功能等地理資源發(fā)布為服務，并在門戶組件中集中組織與管理，支持邏輯示意圖分析。

2）數據制作采用ArcGIS desktop-V10.7 標準版+3D擴展軟件。具備數據編輯、數據轉換、數據輸出、數據建模功能，可有效顯示和分析表明數據，具備三維可視化和地形建模[3]。

3）數據庫采用甲骨文公司Oracle 11g 標準版。該軟件具有開放性、并行性、安全性、性能最高、操作簡單、使用風險較低等特點。

3 二維地理信息系統(tǒng)

3.1 主要顯示內容

基于山西天地圖實現了矢量、影像底圖服務，數據庫中存儲了從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據，存儲了分辨率從0.2、0.5、1.0、2.5、5～10、15、30、50、100 m 等航片數據，以及各種比例尺的專題圖形數據等，這些數據經過金字塔規(guī)則處理和組織后平臺提供瓦片數據服務，實現從宏觀、中觀、微觀多個級別的無縫瀏覽，自動平滑調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，其中天地圖影像數據為默認數據。平朔礦區(qū)2010 年、2019 年2 次全礦區(qū)范圍航測影像，其中2019年最新期數據設置為默認打開模式。

2）以平朔公司月度無人機航測影像數據為基礎，經折射糾正、拼接、融合、影像金字塔構建及切片緩存等多種處理后進行展示的露天礦影像數據，其中最近12 個月的露天礦航測影像數據在圖層中進行展示，最新1 期影像數據為默認數據，其余影像數據歸入歷史數據庫進行管理及調用。

3）平朔礦區(qū)礦權信息。①土地權屬信息、與露天礦生產相關的周邊行政村信息及責任區(qū)劃分信息；②露天礦主采煤層歷史開采范圍；③全礦區(qū)鉆孔信息：該信息基于平朔礦區(qū)鉆孔數據庫進行編制錄入，包括鉆孔孔號、平面位置、開孔高程及終孔深度、鉆孔類型，并將鉆孔柱狀圖與鉆孔信息進行了掛接[5]。

4）煤礦專題數據。①以DLG 數據為基礎，結合重點區(qū)域測繪信息對礦區(qū)內外主要道路、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據進行展示；②露天礦年度復墾計劃及月度實際復墾完成信息；③儲量信息；④線劃圖數據：為方便操作者對不同要素的使用需求，同時兼顧數據容量及切片速度，對線劃圖中涉及不同要素進行了分類處理發(fā)布。

3.2 圖層管理

3.2.1 圖層操作及展示

在系統(tǒng)的運行過程中，依據使用需求的不斷增加，圖層展示內容必將不斷豐富，考慮不同操作者關注的圖層信息不同，不能簡單采用全部開關或分類選擇的辦法進行操作，因此，為方便操作者執(zhí)行圖層操作功能，圖層管理通過勾選操作的方式選擇圖層的可見性，操作者可以根據不同需求選擇其關注信息，圖層依據操作者的選擇順序進行依次展示。同時考慮多種要素數據可見性及頁面美觀性，圖層中所有要素均采取了無填充模式，僅以邊界色彩作為區(qū)分標志。

3.2.2 圖層數據管理

平朔礦區(qū)空間數據種類繁多，測繪基準不統(tǒng)一，數據格式不統(tǒng)一。其中大多數空間數據為AutoCAD格式的制圖數據，制圖格式的數據與地理信息系統(tǒng)所采用的GIS 數據格式有著較大的差別，前者的主要目的是制圖，后者主要目的是數據管理與空間分析，要實現空間數據的共享服務，必須對CAD 格式的數據按照空間數據庫標準進行轉換處理，因此數據管理首先要解決的就是建立GIS 格式的空間數據并將所有數據附帶用以存儲幾何體的屬性信息。

1）數據結構處理。通過對CAD 數據進行結構調整、拓撲處理、屬性掛接等工作，將傳統(tǒng)意義上的制圖數據轉化為可以賦予更多內容的地理信息數據。

2）數據分類分級。將各種空間數據按照不同的類型（如地形圖、影像圖、多媒體）、專業(yè)（地測、地質、水文）、尺度（比例尺、投影坐標系）、時間（如成圖時間）及應用需求進行分類處理，定義不同的顯示范圍和內容。

3）數據轉換。對采集的各種比例尺的圖件進行坐標變換，形成統(tǒng)一的滿足國家要求的2000 國家大地坐標系。

3.2.3 圖層應用

1）地圖瀏覽。系統(tǒng)提供了滾輪縮放、指定位置點擊縮放、全圖及鷹眼瀏覽模式，通過對各種瀏覽模式的聯(lián)合應用可以直觀了解全局與局部的關系，同時在執(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）測距側面。平朔礦區(qū)地理信息服務平臺是面向公司多個單位開放的，基于可實現無縫瀏覽的地圖頁面，操作者可根據需求，采用鼠標左鍵連續(xù)點擊被測位置的方式進行多點間距離量測，并可采用鼠標左鍵單擊的方式指定量測位置并進行面積量測，量測數據實時進行頁面展示。此功能的使用不僅極大地減輕了測繪人員的工作量，而且為其他無地形數據的單位提供了更加便捷的數據獲取方式。

3）地圖刷新。在進行了一系列地圖操作后，可通過點擊刷新鍵對頁面信息進行一鍵清理，使頁面還原至默認狀態(tài)。

4）查詢定位。在露天礦生產作業(yè)過程中，采剝工程位置、采剝計劃及工程量、煤層賦存情況及進一步勘探計劃一直是最重要的信息之一。因此，在系統(tǒng)的建設過程中，充分考慮了系統(tǒng)操作者的使用目的及關注內容，開發(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發(fā)的核心，該模塊以采剝工程月度計劃及采剝量計算信息為基礎數據，包括采剝時間、作業(yè)設備、剝離物性狀、作業(yè)平盤、面積、厚度、采剝量等。通過采剝位置查詢，可快速獲得指定時間段計劃采剝及實際采剝位置對比圖、了解關注區(qū)域或設備的開采情況，為生產部署提供數據支持。

5）統(tǒng)計分析。基于圖層數據，對采剝工程所關注的采剝量、計劃及實際完成對比等數據進行統(tǒng)計，且為方便操作者對不同要素的統(tǒng)計需求，開發(fā)了以時間、礦區(qū)及統(tǒng)計要素等多個查詢要條件的查詢方式，各查詢方式可單獨選擇、也可作為復選項聯(lián)合選擇，查詢結果以柱狀圖及表格兩種方式進行展示，頁面清晰明了。

6）信息標注。為PC 端及移動端聯(lián)合使用功能。授權操作者可在地圖上對關注信息進行添加、刪除和修改，并通過標注信息發(fā)布的方式直接將信息對授權操作者進行共享，為會商、應急救援、維修維護等工作提供數據支持。

7）地圖打印。該功能主要為解決操作者簡單標注后打印出圖而進行開發(fā)的。當操作者在進行測距、測面或對重點關注區(qū)域進行定位標定后，可方便對所選擇的區(qū)域進行不同比例尺及不同像素需求的輸出，基本可以解決CAD 制圖依賴問題，使沒有制圖經驗的人員也可獨立完成簡單標記及打印工作。

4 三維地理信息系統(tǒng)

在二維地理信息系統(tǒng)的基礎上，通過對2019 年平朔礦區(qū)航測數字高程模型、露天礦月度無人機航測數字高程模型進行金字塔規(guī)則處理、按照規(guī)則進行切片后，提供支持無縫瀏覽的三維地圖瓦片服務[6]。

1）三維地圖。在三維地圖中可通過對圖層列表單獨選擇查看不同時間段露天礦及周邊區(qū)域的是三維地圖、也可通過分屏模式對比查看不同時間段同一區(qū)域的地形變化情況，同時可與二維地理信息系統(tǒng)在分屏對比分析中聯(lián)合使用用以確定關注區(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的重要指標，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，操作者可采用點擊鼠標左鍵的方式對目標區(qū)待測位置剖面角進行量測，剖面角及剖面圖可實時在頁面進行展示。

5 Pmis 管理系統(tǒng)

MIS（管理信息系統(tǒng)--Management Information System）系統(tǒng)，指進行日常事務操作的系統(tǒng)。主要用于管理需要的記錄，并對記錄數據進行相關處理，將處理的信息及時反映給管理者的1 套網絡管理系統(tǒng)。中煤平朔集團平朔礦區(qū)地理信息系統(tǒng)作為面向公司內部多家單位開放并提供基礎服務的平臺，MIS 系統(tǒng)的建立是保障信息安全性及維護系統(tǒng)正常運行的必要組成部分[8-9]。該系統(tǒng)采用BS 架構，主要功能包括：

1）對操作者分類并進行權限設定。按照公司不同部門對信息數據的瀏覽權限，將操作者劃分為管理員、數據錄入員、技術員及瀏覽用戶。根據不同用戶的權限設定，各類用戶僅能對該類用戶設定功能可見，使操作者頁面更見簡潔明了。

2）對可見圖層進行權限設定。根據操作者分類及權限設定標準，對不同操著者可見圖層進行分類設定，圖層設定后各類操作者僅能對設定圖層可見，保障的數據的安全性。

3）數據發(fā)布。當數據錄入員進行數據維護后，數據按照權限進行逐級審批后由管理員統(tǒng)一進行地址配置并發(fā)布，保障的數據的準確性。

4）操作記錄。當操作人員在平臺進行操作后，MIS系統(tǒng)會對所有動作進行記錄，進一步保障了數據的安全性。

6 結語

中煤集團平朔礦區(qū)地理信息系統(tǒng)作為智能化礦山建設的基礎，已經基本完成了前期系統(tǒng)建設并具備了部分查詢、分析及展示等功能，在后期的運行過程中將不斷探索三維地理信息系統(tǒng)在實際生產的應用方向，并通過不斷豐富數據內容擴展二維地理信息系統(tǒng)的服務對象，同時作為基礎地理信息數據為智能化礦山建設其他子系統(tǒng)提供數據支持。