浅谈金堆城矿区地理信息系统建设

李亚龙,沈昌贤

(金堆城钼业股份有限公司,陕西 华县 714102)

浅谈金堆城矿区地理信息系统建设

李亚龙,沈昌贤

(金堆城钼业股份有限公司,陕西 华县 714102)

数字矿山是走矿产开发新型工业化道路的必然途径,GIS(地理信息系统)是其基础平台,近年来GIS技术在矿山企业的应用研究得到快速发展,它能利用各种应用模型对数据进行有效分析,并把分析结果或决策咨询建议以直观、清晰的形式输出,最终实现信息化、自动化和智能化的数字化矿山。本文介绍了GIS的概念及在矿山企业的应用现状,阐述了金堆城矿区地理信息系统建设的发展构想、技术框架、数据集成模型及系统建设的总体方针。

数字矿山;地理信息系统;数据库;系统结构

0 前 言

构建数字矿山(DM),以信息化、自动化和智能化带动矿山企业的发展,已成为矿业界的共识,建立数字矿山、实现矿区资源绿色开发利用被认为是走矿产开发新型工业化道路的必然途径和两大关键。数字矿山建设是一个复杂的系统工程,它以MGIS (矿山地理信息系统)技术为基础,其基本框架由核心系统、数据采集系统、决策支持系统、调度监控系统、管理信息系统以及应用系统等多部分组成;以MGIS为基础平台,从基础理论与模型、矿山空间信息的数字化及矿山数据库建设、矿山网络传输平台、各种相关业务流程、专业综合软件等几方面进行总体建设。

本文就金堆城矿区数字化工作中地理信息系统的建设提出笔者的初步见解,以期抛砖引玉,引起讨论,推动此项工作健康、快速地发展。

1 GIS技术及在矿山的应用

1.1 G IS的概念

地理信息系统(geographic information system,简称GIS)是在计算机软件、硬件平台的支持下,以采集、存储、管理、分析、描述地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统,它是一个有组织的硬件、软件、地理数据和人才的集合,其基本功能包括数据的采集与编辑、地理数据库的管理、制图、空间查询与分析,是数字矿山的重要组成部分和基础平台。GIS技术是计算机科学、地理学、测量学、地图学、环境科学、信息科学和管理科学等多门学科综合发展起来的新兴科学技术,它研究计算机技术与空间地理分布数据的结合,通过一系列空间操作和分析方法,为地球科学、环境科学和工程设计乃至企业经营提供对规划、管理和空间决策有用的信息,回答用户所提出的有关空间问题。

1.2 G IS技术在矿山企业的应用

地理信息系统已经引起矿山数据管理和应用的一场革命,发展矿山地理信息系统(MGIS)已成为一种必然趋势。近年来GIS技术在矿山企业的应用研究得到快速发展,主要体现在:

(1)GIS软件的二次开发,涉及矿山地质信息系统、矿山地质灾害信息管理与查询系统、生产调度指挥系统等专业信息系统的开发研制。

(2)基于GIS的实体模型建立、地质信息提取、空间数据挖掘及在资源分析评价中的应用等方面。

(3)基于3S(GPS、GIS、RS)的地质调查数字填图技术。

(4)矿山三维数据结构、三维地学模拟等方面,包括三维地学空间构模、多维动态空间数据建模等。

(5)矿山GIS的应用理论研究,涉及图像数据的矢量化处理、矿山空间数据质量评价等方面。

(6)GIS的应用逐步从数据管理、查询、制备向空间模拟、预测与决策支持过渡,如地面塌陷模拟、矿区土地复垦及矿山环境可持续发展决策支持等。

(7)GIS与矿山管理业务系统逐步结合,逐步从主要局限于地质、测量等领域与矿山业务化系统整体结合,为企业经营提供对规划、管理和空间决策有用的信息,从而服务于矿山管理。

2 金堆城矿区地理信息系统发展构想

2.1 金堆城矿区数字化现状

金堆城矿区的计算机应用从上世纪80年代中期开始逐步普及,经过近20年的发展,矿山信息化建设取得了长足进步,企业财务报表、生产台账、综合统计报表、矿山地测基础信息、生产工艺设计、物资管理等方面基本实现了数字化,尤其是近年来随着《露天矿CAD系统建设研究》、《金堆城钼业公司ERP系统应用研究》、《生产调度视频监控系统》等一批项目的实施,为金堆城矿区的数字化建设奠定了基础。

但金堆城矿区数字化技术的应用主要停留在简单的管理系统和单一的计算机辅助设计等方面,数字化建设缺乏系统的整体规划,功能单一、重复建设,信息资源共享程度低,不能有效提供决策支持,管理模式与信息技术的要求不相适应,所带来的效益不很明显。因此,金堆城矿区目前仅处于数字化矿山的起步阶段,还有大量的基础工作要做,建设矿区基础地理信息系统就是其中最为关键、也是最复杂的一步。

2.2 金堆城矿区地理信息系统的构成

矿区基础地理信息系统不是简单的计算机软硬件系统,而是以3S技术为基础的综合信息管理系统,是基础管理工作的重要内容,必须有相应的行政管理体系与技术标准体系与之配套。因此,金堆城矿区地理信息系统应主要由计算机硬件及网络环境、软件环境、技术标准体系、管理体系、数据库等构成。

2.2.1 计算机硬件及网络环境

金堆城矿区地理信息系统将以金堆城矿区基础地理信息数据中心(暂假定为金钼集团科技信息处数据中心)作为网络中心,其它各二级单位、机关业务相关部门等为网络节点,构成一个C/S(客户/服务器)网络结构。数据中心接受各职能部门提供的数据,通过统一的平台和接口为各应用系统和企业各级管理部门提供数据共享和交换服务。硬件以微机为主,网络中心使用部分服务器及工作站,外围设备包括GPS、摄像头、绘图仪、扫描仪、打印机、光盘机、磁带机、数字化仪等。

2.2.2 软件环境

(1)系统软件采用技术成熟、应用广泛的软件,如UN I X、W INDOSXP、W INDOWS NT及数据库管理软件VB、VC等。(2)基础软件平台应尽量选择国产软件,这对于将来的应用开发、数据安全及促进矿山数字化建设均具有重要意义。(3)应用软件(数据采集、数据处理、图形图像处理等软件)采用成熟的国产化软件,部分应用软件要求自主开发或与外单位联合开发,但必须避免低水平的重复建设现象。

2.2.3 技术标准体系

系统建立统一完整的技术标准体系,如数据采集标准、数据交换标准、数据建库标准、数据质量检查与控制标准、数据更新标准、数据使用标准等。此外,还应有一批训练有素的技术人员作为系统的支撑,对系统的管理、维护、应用等各方面都应配备相应的技术力量。

2.2.4 管理体系

金堆城矿区地理信息系统是为以计算机及其网络技术为手段,把矿山的所有空间数据和有用属性数据实现数字化存储、传输、表达和编辑,最终应用于各个生产环节的管理和决策之中,以实现矿山生产的系统优化,达到提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现利润最大化的目的。因此,必须根据现代计算机网络及办公自动化的特点,建立一套新的管理体系,包括各技术专业管理、生产管理、质量管理、技术管理、成果管理、数据安全管理、数据权限管理等。

2.2.5 数据库

数据库是系统的核心。金堆城矿区地理信息系统的数据库部分包括:

(1)GIS基础数据库:以矿区1:1000地形图数据库(包括地形、地名、数字高程模型、景观影象、三维立体模型5个部分)为基础平台,健全GIS系统的基础信息数据仓库。

(2)管理数据库:行政办公、人事档案管理、财务管理、专业技术管理、质量监督管理、生产现场管理、技术信息管理等数据。

(3)技术数据库:所有的技术标准、设计书说明书、技术文档说明、生产工艺资料等。

(4)矿山专业数据库:按专业分别建立采矿、地质、测绘、选矿、冶炼、设备、财务、物流等各类基础信息数据库,包括建矿几十年以来形成的历史资料、现状信息、发展规划等各个方面。

(5)生产调度监控数据库:包括GPS车辆运输监控系统数据、设备运行视频监控系统数据、矿区安全监测与预警系统数据等。

(6)其他专题数据库:如矿产资源管理系统、防汛重点部位实时监控系统、采剥进度计划及动态地质模型系统、矿山环境信息系统、ERP系统等。

2.3 金堆城矿区地理信息系统功能

金堆城矿区地理信息系统是在矿区信息数据仓库基础上,充分利用现代空间分析、数据采集、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和计算机科学技术,为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。

金堆城矿区地理信息系统应具备如下功能: (1)监测矿区环境状况及演变。

(2)采集、处理、分析、管理一切与矿区经济、社会、环境和资源相关的时空信息。

(3)利用3D建模与可视化技术来动态模拟、再现与仿真矿山开采活动及给环境带来的相关影响。

(4)辅助矿山开拓设计、生产管理,支持矿山安全评价、生产监督检查、防讯减灾指挥。

(5)进行人机协同的矿区可持续发展规划与指标评估,进行经济评价及预测。

(6)实现矿山各管理层次、部门之间的信息共享,提供决策支持。

3 金堆城矿区地理信息系统设计框架

3.1 金堆城矿区地理信息系统总体结构

金堆城矿区地理信息总体设计采用C/S结构,多个客户端和服务器以及下层的硬件网络、操作系统和支撑平台进程间的通信系统,共同组成一个支持分布式计算、分析和表示的系统。在该模式下,应用分为前端的客户部分和后端的服务器部分,客户方发出请求,网络通信服务系统将请求的内容传到服务器,服务器根据请求完成预定操作,把结果送回客户。金堆城矿区地理信息总体结构如图1所示。

3.2 金堆城矿区地理信息系统的数据库集成模型

地理信息系统数据库集成的目的在于形成物理上分布而逻辑上集中的整体数据视图。实现方式可以采用基于元数据的方式,也可以采用基于空间开放数据库连接的结构化查询语言和动态连接库方式,以及基于面向对象的方式。由于金堆城矿区地理信息系统建立在商业软件的基础上,不可能全部从底层开发,而目前绝大部分商业软件都不支持这些软件协议机制。从实用角度出发,基于元数据的集成平台是一种行之有效的地理信息系统数据集成模式。

元数据库是关于数据库描述信息的数据库,根据集成系统数据内容和类型分为4个数据库:RS影像库的元数据库、RS影像提取信息库的元数据库、数字地图数据库的元数据库、统计数据库的元数据库。通过元数据库及其管理系统建立的数据集成平台可以实现如下功能:

(1)在数据库集成平台上直观显示整个集成系统数据集的空间范围,并可对每个元数据项代表的具体数据库进行可视化信息查询。

(2)集成平台实现按照时间、空间、属性等要素的数据查询,返回相应的元数据库数据项。

(3)根据用户要求和元数据库数据项的内容,自动生成相应的RS、GIS功能软件宏语言或API调用,启动相应的功能软件进行数据处理,并将处理结果返回给用户。

(4)通过统计数据库编码实现GIS数据库和统计数据库的连接,保证整个数据库的逻辑完整性。

(5)只要在元数据库中相应注册,数据库存储就不局限于特定的物理位置,增强数据管理的灵活性。

(6)管理已知的各种类型的数据,而且可以通过元数据管理系统的注册方便地进行扩充。

金堆城矿区地理信息数据集成模型见图2。

图1 金堆城矿区地理信息总体结构图

图2 金堆城矿区地理信息数据集成模型

4 金堆城矿区地理信息系统的建设方针

金堆城矿区地理信息系统的建设要高起点并切合实际,本着“总体设计、急用优先、重点优先、成熟优先、分步实施”的方针,综合利用地理信息系统(GIS)技术、办公信息系统(O IS)技术、计算机网络技术以及多媒体技术等手段,进行系统建设。因此,该系统建设强调以下3个原则:

4.1 实用性

确立以满足现代矿山管理、实现矿山生产的系统优化为主要目标的思路,以解决生产、管理中实际应用问题为主,这样容易见效益,也使得系统自身能获得滚动发展和不断完善、扩充、更新的能力。

4.2 先进性

系统建设在技术方案、系统设计、运行管理等方面应具有一定的先进性,系统的开发建设应采用软件工程学所倡导的开发模式及最新的理论、技术和方法,系统的设计应采用可视化技术、数据流与控制流集成化、软件功能部件化等最新分析设计方法;同时,考虑到系统的发展完善,系统的软硬件配置应具有一定时期的先进性和较长的生命周期,对系统的运行管理要有较高的要求。

4.3 可扩展性

系统建设将是一个不断完善、逐步提高的长期过程,加之企业自身的不断发展壮大,业务范围不断向纵深扩展、企业规模横向壮大,随之而来信息源、数据管理、决策支持等系统也将变得更为交错复杂,这就要求系统的软件、硬件都具有较强的可扩展性。

5 结束语

数字化矿山建设是一个庞大的系统工程,建设周期长,要耗费大量的人力、物力、财力,MGIS作为基础平台和关键技术,是其中最基础的工作,本文只介绍了GIS技术的发展及在矿山企业的应用现状,主要讨论了金堆城矿区地理信息系统的发展构想、技术框架、数据集成模式及系统建设的总体方针,对系统实施中的细节问题还有待进一步深入研究。

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[2] 冯仲科,余新晓.“3S”技术及其应用[M].北京:中国林业出版社,2000.

[3] 龚健雅.建立我国的基础地理信息框架[J].中国测绘,1997,(4):30-32.

[4] 李建松.地理信息系统原理[M].武汉:武汉大学出版社,2006.

ON GEOGRAPHY INFORMATI ON SYSTEM CONSTRUCTI ON IN JINDUI CHENGM INE

L I Ya-long,SHEN Chang-xian
(JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Huaxian 714102,Shaanxi,China)

Developing digitalmine is the essentialway formine development and new industrialization.GIS(Geography Information System)is the fundamental platfor m and has been developed remarkably in mine research and application.GIS has been applied in analyzing data with various application models and presenting the analysis result or decision-making suggestions in a direct and clearway.Eventually,the digital mine can be achieved in a highly informational,automational and intelligentway.The paper focuses on the introduction of GIS and its application status in mine enterprises and discusses the development prospect,technical structure,data integration model and the general guideline of system construction in Jinduichengmine.

digitalmine;geography information system;database;system structure

TD167

A

1006-2602(2010)05-0023-05

2009-11-25

李亚龙(1977-),男,工程师,现从事工程测量及相关管理工作。